[發明專利]一種基于切換策略的直接避障跟蹤控制方法及存儲介質

有效

• 申請號: 202110534276.8
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113296401B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 鄭曉龍;楊學博;李湛;高會軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

一種基于切換策略的直接避障跟蹤控制方法及存儲介質，屬于非線性系統避障跟蹤控制領域。本發明解決了目前間接避障跟蹤控制方法不可靠的問題。本發明針對機器人建立非線性系統狀態空間模型，并給定系統目標信號和障礙物坐標；利用跟蹤誤差變量設計李雅普諾夫函數，根據李雅普諾夫函數對時間的一階導數設計虛擬跟蹤控制函數以及目標跟蹤控制策略；利用避障誤差變量設計李雅普諾夫函數，根據李雅普諾夫函數對時間的一階導數設計虛擬避障控制函數以及避障控制策略；利用目標跟蹤控制策略和避障控制策略，設計基于切換策略的直接避障跟蹤控制策略，實現對機器人的控制。本發明用于非線性系統的對機器人的避障跟蹤控制。

技術領域

本發明屬于非線性系統避障跟蹤控制領域。

背景技術

避障跟蹤控制一直是非線性系統控制領域中研究的熱點，避障跟蹤控制是指系統在沒有人為操控的前提下，通過自身的測量技術和控制手段實現對障礙物的躲避，并最終安全到達目標點。常見的有避障跟蹤控制需求的非線性系統包括自主駕駛系統、機器人系統、飛行控制系統等。目前比較流行的避障跟蹤方法包括可視圖法、柵格法、勢場法等，關于這些方法可以參考中國發明專利CN110609547A、中國發明專利CN109263639A以及中國發明專利CN112577491A。值得指出的是這些避障跟蹤方法都屬于間接避障跟蹤控制方法，它們只對系統進行避障跟蹤路徑規劃，后續還需要路徑跟隨控制策略對系統施加控制作用，使系統最終完成避障跟蹤任務。倘若系統的路徑規劃時間過長或者系統路徑規劃失敗，則系統的路徑跟隨會受限或者失效，最終導致任務執行效率下降或者任務失敗。因此，如何在不依賴路徑規劃的前提下直接對系統設計避障跟蹤控制策略是一個關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是為解決目前間接避障跟蹤控制方法存在不可靠的問題，而提出了一種基于切換策略的直接避障跟蹤控制方法。

一種基于切換策略的直接避障跟蹤控制方法，針對于被控對象，建立二自由度非線性系統狀態空間模型，并基于切換策略的直接避障跟蹤控制策略進行控制，所述基于切換策略的直接避障跟蹤控制策略如下

其中，x₁和x₂分別表示系統x軸位置與速度，x₃和x₄分別表示系統y軸位置與速度；u₁、u₂分別為x軸、y軸方向上的控制函數；z₁＝x₁-x_d、z₂＝x₂-α₁、z₃＝x₃-y_d、z₄＝x₄-α₂為跟蹤誤差變量，(x_d,y_d)為給定的系統目標信號，α₁,α₂表示虛擬跟蹤控制函數；s_1,i＝x₁-p_i、s_2,i＝x₂-β_1,i、s_3,i＝x₃-q_i、s_4,i＝x₄-β_2,i為避障誤差變量，(p_i,q_i)為障礙物坐標，i＝1,2,…,m，β_1,i和β_2,i表示虛擬避障控制函數；b₁,b₂為常數，k₁,k₂,k₃,k₄為正常數；

所述系統為建立的二自由度非線性系統。