[发明专利]一种采用自抗扰控制技术的移动舞台轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种采用自抗扰控制技术的移动舞台轨迹跟踪控制方法，它采用自抗扰技术设计移动舞台的轨迹跟踪控制，设计自抗扰控制器，将多变量，强耦合的系统解耦为三个子系统，为子系统分别设计自抗扰控制器，将非线性系统做动态补偿线性化处理，提高系统的控制性能，并设计扩张状态观测器有效地将系统模型的不确定性量和系统内外部扰动量来实时估计并补偿，此方法对系统内外扰动以及模型不确定性均具有很强的抑制作用。

技术领域

本发明属于舞台控制技术领域，涉及到移动舞台的轨迹跟踪控制，尤其是如何消除系统内部参数摄动和存在外部干扰扰动对移动舞台轨迹跟踪性能的影响，实现一种有效的采用自抗扰控制技术的移动舞台轨迹跟踪控制方法。

背景技术

现代演出中，为了更好达到艺术效果，需要控制全向移动型舞台配合演员进行演出。全向移动舞台是一种四个全向轮耦合而成的全向移动平台，根据动力与转向控制需求共有八个电机组成，每个驱动轮上有独立的动力源，每个轴上均有独立的转向机构。这种结构的移动舞台具有转向半径小、转向稳定容易等特点，尤其适用于演出中复杂场景的布景需求。

但针对全向移动平台的四轮运动控制系统，属于一个多变量、非线性、强耦合的复杂动态系统，对其控制方法的研究一直是一个难点，尤其在全向移动平台的轨迹跟踪控制上，目前使用的方法主要有滑膜控制、反步控制、模糊控制等。滑模变结构方法具有响应快、良好的瞬态性能和鲁棒性，广泛应用于轨迹跟踪控制，但易于出现抖振现象，直接影响控制效果。反步控制是较早的基于运动学考虑的轨迹跟踪控制方法，被广泛应用于跟踪问题，但其控制结构和设计过程较复杂，同时系统必须满足严格反馈控制结构，对系统要求高，这在实际情况中是较难实现的。模糊控制方法具有一定的鲁棒性，但是模糊控制规则会受到人的主观因素的影响而不能完全归总，且因缺乏“自我学习”的能力。全向移动舞台在演出中需要实时满足现场智能化布景需求，并根据演员及其他道具的位置要求进行移动轨迹的跟踪控制，但由于受到本身复杂系统内部的参数摄动，加上演出中各种外部干扰因素对移动舞台影响，导致移动舞台在现有控制方法下轨迹跟踪性能大大下降。

发明内容

本发明是为了克服现有技术下的移动舞台无法满足现代演出场景智能控制的需求，提供了一种移动舞台的轨迹跟踪控制方法，可有效提升现代演出艺术多样化效果。本发明采用自抗扰技术设计移动舞台的轨迹跟踪控制，并设计扩张状态观测器有效地将系统模型的不确定性量和系统内外部扰动量来实时估计并补偿，此方法对系统内外扰动以及模型不确定性均具有很强的抑制作用。

所述的一种采用自抗扰控制技术的移动舞台轨迹跟踪控制方法，其特征在于所述方法包括以下过程：

步骤1)建立移动舞台的运动学模型：

移动舞台的结构复杂，是一个多变量、高耦合、非线性的欠驱动系统，要对其设计控制器，首先要建立合理的运动学模型，移动舞台的位姿由三量(x,y,θ)描述，建立移动舞台的运动学模型，如式(1)所示：

对驱动轮线速度的控制量U计算如式(2)所示：

其中：

x--移动舞台在世界坐标系X轴的坐标值，

y--移动舞台在世界坐标系Y轴的坐标值，

θ--移动舞台在世界坐标系中的旋转角，

θ₀--车体对角边和侧边的夹角，对于结构固定的车体，θ₀为某一定值，

R--车体质心到转向结构旋转中心的距离，

r--转向结构的旋转半径，

w_{1、2、3、4}--四个转向机构的旋转角速度，