[发明专利]一种基于线性自抗扰的网络化移动机器人轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于线性自抗扰的网络化移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所 述方法包括以下步骤：

步骤1)建立移动机器人的运动学模型：

x·(t)y·(t)θ·(t)=cosθ(t)-dsinθ(t)sinθ(t)dcosθ(t)01v(t)w(t)---(1)]]>

其中，x(t)、y(t)表示移动机器人质心在全局坐标系中的坐标，θ(t)表示移动机 器人的航向角，v(t)表示移动机器人移动线速度，w(t)表示移动机器人移动角速 度，d表示移动机器人质心到驱动轮轴心的距离；

步骤2)建立主从移动机器人的追随误差模型，根据主从移动机器人的动态 特性，对主从移动机器人的位置偏差和角度偏差进行分析，记e_φ(t)为主从移动机 器人之间的航向角偏差，e_x(t)和e_y(t)为主从移动机器人之间的位置偏差，从移 动机器人追随主移动机器人的追随偏差表示为：

ex(t)=xm(t)-xs(t)ey(t)=ym(t)-ys(t)eφ(t)=φm(t)-φs(t)---(2)]]>

其中，x_m(t)、y_m(t)表示主移动机器人质心在全局坐标系中的坐标，x_s(t)、y_s(t) 表示从移动机器人质心在全局坐标系中的坐标，φ_m(t)表示主移动机器人的航向 角，φ_s(t)表示从移动机器人的航向角；

主移动机器人的姿态信息z_m(t)＝[x_m(t),y_m(t),φ_m(t)]在轨迹跟踪过程中通过 无线发送至从移动机器人，假定延时为τ，则t时刻从移动机器人接收到的主移动 机器人的姿态信息为t-τ时刻的姿态信息，表示为 z_m(t-τ)＝[x_m(t-τ),y_m(t-τ),φ_m(t-τ)]，偏差表示为：

ex(t)=xm(t-τ)-xs(t)ey(t)=ym(t-τ)-ys(t)eφ(t)=φm(t-τ)-φs(t)---(3)]]>

对式(3)两边关于时间t求导，得：

ex·(t)=xm·(t-τ)-xs·(t)ey·(t)=ym·(t-τ)-ys·(t)eφ·(t)=φm·(t-τ)-φs·(t)---(4)]]>

由式(1)和(4)，得：

ex·(t)=-vs(t)cosφs(t)+dws(t)sinφs(t)+vm(t-τ)cosφm(t-τ)-dwm(t-τ)sinφm(t-τ)ey·(t)=-vs(t)sinφs(t)-dws(t)cosφs(t)+vm(t-τ)sinφm(t-τ)+dwm(t-τ)cosφm(t-τ)eφ·(t)=wm(t-τ)-ws(t)---(5)]]>

其中，v_m(t)和w_m(t)分别表示主移动机器人的移动线速度和角速度，v_s(t)和w_s(t) 分别为从移动机器人的移动线速度和角速度，由式(3)知：

φ_s(t)＝φ_m(t-τ)-e_φ(t)(6)

将式(6)代入式(5)得：

d·1=-vs(t)cos(φm(t-τ)-eφ(t))+dws(t)sin(φm(t-τ)-eφ(t))+vm(t-τ)cosφm(t-τ)-dwm(t-τ)sinφm(t-τ)d·2=-vs(t)sin(φm(t-τ)-eφ(t))-dws(t)cos(φm(t-τ)-eφ(t))+vm(t-τ)sinφm(t-τ)+dwm(t-τ)cosφm(t-τ)eφ·(t)=wm(t-τ)-ws(t)---(7)]]>

式(7)为主从移动机器人的追随误差模型，d₁和d₂分别为主从移动机器人的横向距 离和纵向距离；当主移动机器人的线速度v_m(t)和角速度w_m(t)给定后，控制从移 动机器人的移动线速度v_s(t)和角速度w_s(t)使得主从移动机器人之间的横向距离 d₁和纵向距离d₂为设定的常值；

步骤3)针对步骤2)中的追随误差模型(7)，以v_s(t)、w_s(t)为间接控制量， 明确动态耦合和静态耦合部分，从而设计解耦律；

步骤4)设计线性扩张状态观测器对含时延的动态耦合部分进行估计和补偿；

步骤5)设计控制律控制从移动机器人的线速度v_s(t)和角速度w_s(t)，从而当 主机的线速度v_m(t)和角速度w_m(t)给定后使得主从机器人之间的横向距离d₁和 纵向距离d₂为设定的常值。