【摘要】：針對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人給定速度需求的非連續(xù)路徑跟蹤控制問(wèn)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(duì)給定速度需求的路徑跟蹤問(wèn)題,以運(yùn)行時(shí)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(dòng)人系統(tǒng)的微分平坦特性,采用微分平坦方法設(shè)計(jì)前饋控制器;然后,將輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型在前饋控制的平衡點(diǎn)處進(jìn)行一階泰勒展開(kāi),得到了線性時(shí)變的誤差模型,并通過(guò)定義新的狀態(tài)變量,設(shè)計(jì)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(shí)將泰勒展開(kāi)的高階項(xiàng)考慮為有界的擾動(dòng)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(guò)Pioneer 3-dx輪式移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;密歇根大學(xué)航空航天工程系;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(61520106008、61374046)
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2483857