[发明专利]一种移动机器人的变结构自适应轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种移动机器人的变结构自适应轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：根据光电编码器获取的移动机器人左右轮角速度，得到机器人的实际线速度和角速度υ，ω，并计算偏差υ-υ_r，ω-ω_r，其中υ_r，ω_r分别为参考线速度和角速度；根据红外线和陀螺仪获取的轮式移动机器人的位姿(x，y，θ)，计算得到参考位姿(x_r，y_r，θ_r)与实际位姿(x，y，θ)的偏差(x_e，y_e，θ_e)；

步骤(2)：根据步骤(1)中(x_e，y_e，θ_e)建立非完整约束移动机器人误差模型，将其转换为一个角速度相关的二阶子系统∑₁和一个线速度相关的三阶子系统∑₂，即

∑₁：∑₂：

其中，u₁和u₂分别为子系统∑₁和∑₂的控制输入；J为机器人转动惯量，m是机器人质量，d₁(t)和d₂(t)为外部扰动；

步骤(3)：根据步骤(2)中的θ_e选择快速非奇异终端滑模面s₁；针对二阶子系统∑₁，设计自适应律对集总扰动f₁进行估计，从而得到子系统∑₁控制输入u₁；所述步骤(3)中所设计的自适应律为：

其中，分别是ψ₁和φ₁的估计值；ε₁＞0和ε₂＞0为常数；

所述控制输入u₁为：

其中，α₁＞0和σ₁＞0为常数；用来估计集总扰动f₁，其设计如下：

步骤(4)：根据步骤(2)中的(x_e，y_e)选择快速非奇异终端滑模面s₂；针对三阶子系统∑₂，设计自适应律对集总扰动f₂进行估计，从而得到子系统∑₂控制输入u₂；

步骤(5)：由步骤(3)中的控制输入u₁和步骤(4)中的控制输入u₂，从而得到移动机器人左右轮驱动电机的力矩控制量

2.根据权利要求1所述的移动机器人的变结构自适应轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中所选择的快速非奇异终端滑模面s₁为：

其中，p＝p₁/p₂， p₁，p₂为正奇数，且满足0＜p＜1以及l1＝(2-p)ε^p-1，l₂＝(p-1)ε^p-2；sign(·)为符号函数。

3.根据权利要求1所述的移动机器人的变结构自适应轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中所选择的快速非奇异终端滑模面s₂为：

其中ω_e＝x_e-sign(ω_r)y_e。

4.根据权利要求1所述的移动机器人的变结构自适应轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中所设计的自适应律为：

其中，分别是ψ₂和φ₂的估计值；ε₃＞0和ε₄＞0为常数；

所述步骤(4)中所得到的控制输入u₂为：

其中，α₂＞0和σ₂＞0为常数，用来估计集总扰动f₂，其设计如下：