[發明專利]基于事件觸發的機器人變增益超螺旋滑模控制方法及系統

在審

• 申請號: 202210064143.3
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114488804A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 謝遠龍;吳昊;王書亭;蔣立泉;劉宇;胡倚銘;熊體凡;段佳旺;吳航;李逸飛
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;尚威

1.一種基于事件觸發的機器人變增益超螺旋滑模控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、構建機器人多模式統一運動學誤差模型；

S2、設計與誤差相關的PI滑模面；

S3、設計無顫振超螺旋滑模趨近律，并構建其中的增益自適應函數，使滑動變量遠離滑模面時采用與時間線性相關的高增益，到達預定鄰域時切換至基于勢壘函數的變增益；

S4、基于機器人多模式統一運動學誤差模型和無顫振超螺旋滑模趨近律設計控制器，以控制機器人進行軌跡跟蹤；其中，對遠離滑模面的滑動變量，采用周期采樣的時間觸發形式；對于到達預定鄰域的滑動變量，采用事件觸發形式。

2.如權利要求1所述的基于事件觸發的機器人變增益超螺旋滑模控制方法，其特征在于，步驟S1中，構建的機器人多模式統一運動學誤差模型如下：

其中，f(q_e)、g(q_e)為誤差矩陣，u為控制律，即控制輸入，表示為：

其中，q_e＝(x_e,y_e,θ_e)^T為誤差狀態空間向量，q_e＝q_r-q，q_r＝(x_r,y_r,θ_r)^T、q_e＝(x_e,y_e,θ_e)^T分別為地圖坐標系下機器人實際狀態空間向量、參考狀態空間向量；x,y,θ分別為機器人實際狀態下在地圖坐標系的橫坐標、縱坐標以及機器人坐標系相對地圖坐標系的旋轉角度；x_r,y_r,θ_r分別為機器人參考狀態下在地圖坐標系的橫坐標、縱坐標以及機器人坐標系相對地圖坐標系的旋轉角度；v_r表示期望軸向速度，ω_r表示機器人主體的期望轉速，θ_f是前輪轉角，θ_r是后輪轉角，規定逆時針角度為正，順時針角度為負；v表示軸向速度，ω表示機器人主體的轉速，L表示機器人軸向長度；系數r＝tan(θ_r)/tan(θ_f)。

3.如權利要求2所述的基于事件觸發的機器人變增益超螺旋滑模控制方法，其特征在于，根據機器人采用的不同運動模型，r具體為：采用雙阿克曼模型時，r＝-1；采用阿克曼模型時，r＝0；采用平移模型時，r＝1；采用變阿克曼模型時，r＝(-1,0)∪(0,1)。

4.如權利要求2所述的基于事件觸發的機器人變增益超螺旋滑模控制方法，其特征在于，步驟S2中，與誤差相關的PI滑模面s如下：

其中，s∈R³，q_e∈R³，R³表示三維空間向量；sign為符號函數，t為時間，k、λ、γ均為常數，且k＞0,λ＞0,γ∈(0,1)。

5.如權利要求4所述的基于事件觸發的機器人變增益超螺旋滑模控制方法，其特征在于，步驟S3中，無顫振超螺旋滑模趨近律具體如下：

其中，L(s(t))為增益自適應函數，δ為正數滿足0＜δ＜1，tanh(s)為雙曲正切函數，為的導數，s(t)為滑動變量，為未知邊界的時變擾動。

6.如權利要求5所述的基于事件觸發的機器人變增益超螺旋滑模控制方法，其特征在于，所述增益自適應函數具體為：

其中，F為正常數，其在保證收斂的情況下盡可能小；v為任意正數，v→0⁺；sin(ν)表示零點附近鄰域，α為任意正數，t_switch為增益切換時間。