[發明專利]基于勢壘函數的移動機器人自適應控制方法及系統

有效

• 申請號: 202011179990.1
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112305916B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 謝遠龍;王書亭;吳昊;蔣立泉;孟杰;李鵬程;孫浩東;吳天豪;嚴一鳴;付清晨
• 申請（專利權）人: 廣東省智能機器人研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 羅曉林;唐琴

1.一種基于勢壘函數的移動機器人自適應控制方法，其特征在于，包括如下步驟，

步驟S110、根據控制輸入信號，建立四輪動力學模型并轉化為移動機器人狀態空間方程；

其中，所述步驟S110的方法，包括：

步驟S111、建立四輪動力學模型：

其中，m表示移動機器人總質量，υ_x是車體重心處的縱向速度，F_i^x和F_i^y分別表示第i個輪子的徑向驅動力和軸向偏移力，變量上端的“·”表示求導操作，β和γ分別代表車體的側滑角和橫擺率，I_z表示通過重心繞偏航軸的慣性矩，l_f和l_r分別表示從前、后軸到車體重心的距離，定義虛擬前輪和虛擬后輪，δ_f和δ_r分別是虛擬前輪轉向角和虛擬后輪轉向角，M_ω是由移動機器人通過四個輪子的牽引力矩產生的偏航力矩，d表示車身寬度，與分別表示作用在右后輪，左后輪，右前輪，左前輪上的徑向驅動力；

步驟S112、基于定義的虛擬前輪及虛擬后輪，將四輪動力學模型簡化為虛擬前、后輪模型：

其中，虛擬前輪角和虛擬后輪角滿足：δ_r＝kδ_f，k為預設系數；和分別表示虛擬前、后輪的軸向力，cos為余弦函數；

步驟S113、建立移動機器人狀態空間方程：

其中，x是狀態變量，x＝[β,γ]^T，T表示矩陣的轉置，u為控制輸入信號對應的控制輸入量，u＝[δ_f,M_ω]^T，為x的導數，f表示未建模動態和建模誤差，A、B為參數矩陣；

步驟S114、通過線性化變換，獲得變換后的移動機器人狀態空間方程：

其中，η₁和η₂為變換后的移動機器人狀態空間方程的狀態變量，和分別為η₁和η₂的導數，為變換后系統的未建模動態和建模誤差，為A的變換矩陣，和為矩陣的元素，φ＝[0 B₁]^T，B1為B的變換矩陣，B₁＝(B^TB)^-1B^T，T表示矩陣的轉置；

步驟S120、基于狀態空間方程設計滑模面和滑模控制律；

其中，所述步驟S120的方法，包括：

構建滑模面s，其中，滑模面s為

s＝η₂-Gη₁，式中，G表示對角線元素為1的對角矩陣；

變換后的移動機器人狀態空間方程中的控制輸入量u滿足

u＝ω+v，

其中，ω為滑模控制等效律，v為超螺旋無顫振趨近律；

利用滑模面s的導數得到滑模控制等效律ω為

步驟S130、基于狀態空間方程設計超螺旋無顫振趨近律；

步驟S140、基于滑模面構建勢壘函數；

步驟S150、對控制輸入信號進行非對稱限幅。

2.根據權利要求1所述的基于勢壘函數的移動機器人自適應控制方法，其特征在于，所述步驟S130中設計的超螺旋無顫振趨近律v滿足：

ρ₁＝L(s)|s|^α

ρ₂＝L^θ(s)

式中，表示計算的中間變量，表示的導數，α為分數階階次，L(s)為勢壘函數，ρ₁和ρ₂為由勢壘函數調節的系統控制增益，θ為預設的正偶數，tanh表示雙曲正切函數，|s|表示求取s的絕對值。