【摘要】：針對輪式移動機器人給定速度需求的非連續(xù)路徑跟蹤控制問題,將其轉(zhuǎn)換為滿足速度約束的軌跡規(guī)劃和軌跡跟蹤控制。首先,針對給定速度需求的路徑跟蹤問題,以運行時間和能量為優(yōu)化目標(biāo),給定的路徑和速度為約束條件,采用五次Bezier樣條方法優(yōu)化得到了滿足需求的連續(xù)光滑軌跡。其次,利用輪式移動人系統(tǒng)的微分平坦特性,采用微分平坦方法設(shè)計前饋控制器;然后,將輪式移動機器人運動學(xué)模型在前饋控制的平衡點處進行一階泰勒展開,得到了線性時變的誤差模型,并通過定義新的狀態(tài)變量,設(shè)計了具有Lyapunov穩(wěn)定性的誤差反饋控制器。結(jié)合前饋控制和反饋控制得到了二自由度軌跡跟蹤控制器。同時將泰勒展開的高階項考慮為有界的擾動輸入,在輸入到狀態(tài)穩(wěn)定性框架下證明了控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性;最后,通過Pioneer 3-dx輪式移動機器人進行了實驗驗證,實驗結(jié)果表明,提出的算法能夠滿足給定速度需求的非連續(xù)路徑的跟蹤控制需求。
[Abstract]:In order to solve the problem of discontinuity path tracking control for wheeled mobile robots with given speed requirements, it is transformed into trajectory planning and trajectory tracking control which meet the speed constraints. Firstly, aiming at the path tracking problem of given speed requirement, taking the running time and energy as the optimization goal and the given path and speed as the constraint conditions, the continuous smooth trajectory satisfying the demand is obtained by using the quintic Bezier spline method. Secondly, based on the differential flatness characteristics of wheeled mobile man system, the feedforward controller is designed by differential flattening method. Then, the kinematic model of wheeled mobile robot is expanded by first order Taylor at the equilibrium point of feedforward control, and the linear time-varying error model is obtained, and the new state variables are defined. An error feedback controller with Lyapunov stability is designed. A two-degree-of-freedom trajectory tracking controller is obtained by combining feedforward control and feedback control. At the same time, the higher order term of Taylor expansion is considered as a bounded disturbance input, and the robust stability of the control system is proved under the framework of input to state stability. Finally, the experimental results of Pioneer 3-dx wheeled mobile robot show that the proposed algorithm can meet the tracking and control requirements of discrete paths with given speed requirements.
【作者單位】： 吉林大學(xué)通信工程學(xué)院;吉林大學(xué)汽車仿真與控制國家重點實驗室;密歇根大學(xué)航空航天工程系;
【基金】：國家自然科學(xué)基金重點項目(61520106008、61374046)
【分類號】：TP242

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 熊光明,龔建偉,徐正飛,陸際聯(lián);輪式移動機器人滑動轉(zhuǎn)向研究綜述[J];機床與液壓;2003年06期

2 張永順,鄧宗全,賈振元,蔡鶴皋;管內(nèi)輪式移動機器人彎道內(nèi)驅(qū)動控制方法[J];中國機械工程;2002年18期

3 周俊,姬長英;基于視覺導(dǎo)航的輪式移動機器人橫向最優(yōu)控制[J];機器人;2002年03期

4 張相洪,龔建偉,陸際聯(lián);基于油門與制動的輪式移動機器人縱向速度控制[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2003年01期

5 苑晶,黃亞樓,康葉偉,劉作軍,孫鳳池;帶拖車輪式移動機器人包絡(luò)路徑的分析與量化[J];機器人;2003年03期

6 裴辛哲,裴潤,劉志遠;輪式移動機器人全局漸近鎮(zhèn)定控制器設(shè)計[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報;2003年08期

7 閆超勤,徐文龍,王效杰;非線性反饋線性化方法在輪式移動機器人的應(yīng)用[J];電子科技;2005年01期

8 化建寧;符秀輝;鄭偉;王越超;;基于運動描述語言的輪式移動機器人控制[J];機器人;2006年03期

9 高光敏;張廣新;王宇;王勇;;一種新型全方位輪式移動機器人的模型研究[J];長春工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年02期

10 祝曉才;董國華;蔡自興;胡德文;;曲面運動輪式移動機器人實際鎮(zhèn)定控制器[J];電機與控制學(xué)報;2007年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 謝文靜;馬保離;;不確定輪式移動機器人的自適應(yīng)集合鎮(zhèn)定[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

2 吳衛(wèi)國;陳輝堂;蔣平;王月娟;;非完整輪式移動機器人控制研究[A];1997中國控制與決策學(xué)術(shù)年會論文集[C];1997年

3 苗宇;程蔭杭;張超;;室外自主輪式移動機器人的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)[A];可持續(xù)發(fā)展的中國交通——2005全國博士生學(xué)術(shù)論壇（交通運輸工程學(xué)科）論文集（下冊）[C];2005年

4 李暉;彭麗媛;宋培;居鶴華;;基于有限頻域方法的輪式移動機器人的控制器設(shè)計[A];第24屆中國控制與決策會議論文集[C];2012年

5 韓獻光;席裕庚;陸鼎;張鐘俊;;輪式移動機器人的一種實時避障方法[A];1991年控制理論及其應(yīng)用年會論文集（下）[C];1991年

6 安秋;周俊;姬長英;;基于CAN總線的農(nóng)業(yè)輪式移動機器人[A];2007年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2007年

7 侯小華;蔚泉清;趙文武;陳增祿;;“雙重△調(diào)制”跟蹤控制方法穩(wěn)定性研究[A];2008中國電工技術(shù)學(xué)會電力電子學(xué)會第十一屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2008年

8 樊銘渠;唐功友;孫亮;;基于級數(shù)近似方法的非線性大系統(tǒng)最優(yōu)跟蹤控制[A];2009中國控制與決策會議論文集（2）[C];2009年

9 沈杰;方瀟;劉建平;;輪式移動機器人路徑跟蹤問題的一種簡化算法[A];邏輯學(xué)及其應(yīng)用研究——第四屆全國邏輯系統(tǒng)、智能科學(xué)與信息科學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

10 裴辛哲;劉志遠;裴潤;;基于MPC的輪式移動機器人魯棒軌跡跟蹤控制[A];第二十二屆中國控制會議論文集（下）[C];2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 祝曉才;輪式移動機器人的運動控制[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

2 常江;非完整輪式移動機器人的運動控制方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

3 崔明月;復(fù)雜環(huán)境下不確定輪式移動機器人運動控制的研究[D];重慶大學(xué);2012年

4 上官望義;輪式移動機器人移動性能研究及樣機設(shè)計開發(fā)[D];西安理工大學(xué);2009年

5 周俊;農(nóng)用輪式移動機器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2003年

6 林義忠;自主輪式移動機器人信號檢測與智能控制[D];西安理工大學(xué);2006年

7 史恩秀;輪式移動機器人的運動控制及定位方法研究[D];西安理工大學(xué);2006年

8 于浩;非完整輪式移動機器人運動規(guī)劃與控制研究[D];中國海洋大學(xué);2014年

9 馬海濤;非完整輪式移動機器人的運動控制[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

10 張中才;非完整與欠驅(qū)動系統(tǒng)的鎮(zhèn)定與跟蹤控制研究[D];東南大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 鄧哲宇;輪式移動機器人建模與運動控制策略研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 劉青;輪式移動機器人路徑規(guī)劃與跟蹤控制[D];南京理工大學(xué);2014年

3 曾辰;輪式移動機器人的路徑規(guī)劃[D];南昌航空大學(xué);2015年

4 石尚;非完整輪式移動機器人魯棒有限時間控制算法研究[D];江蘇大學(xué);2015年

5 曹慧芳;輪式移動機器人自主定位方法研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2016年

6 王雪松;四驅(qū)輪式移動機器人運動控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[D];上海電機學(xué)院;2016年

7 范曉釗;輪式機器人系統(tǒng)自抗擾控制研究[D];燕山大學(xué);2016年

8 李小鳳;輪式移動機器人的先進滑模軌跡跟蹤控制研究[D];安徽工程大學(xué);2016年

9 肖大偉;基于單目視覺的輪式移動機器人目標(biāo)測距及跟蹤研究[D];東南大學(xué);2016年

10 黃大偉;基于輪式移動機器人的軌跡跟蹤控制[D];東南大學(xué);2016年

，

本文編號：2483857