[发明专利]一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法

说明书

一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法。轮式移动机器人应用领域宽广，其复杂的结构和控制方法一直吸引着众多研究者的广泛关注，对于各领域应用的轮式移动机器人，轨迹跟踪控制是其主要技术之一。一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法在双幂次趋近律中引入一指数项形成快速双幂次趋近律，提高了轮式移动机器人在轨迹跟踪时趋向于滑模面的速度和抗干扰能力。用Lyapunov函数证明其稳定性，确保轮式移动机器人全局稳定，结合由轮式移动机器人位姿误差设计的切换函数得到轮式移动机器人的轨迹跟踪控制律。本发明应用于轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制。

技术领域

本发明涉及一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法。

背景技术

随着人类科技日新月异的发展，轮式移动机器人不仅应用在航天领域，并且在农业、工业和服务业中日益凸显出潜在应用价值。由于轮式移动机器人应用领域宽广，其复杂的结构和控制方法一直吸引着众多研究者的广泛关注。对于各领域应用的轮式移动机器人，轨迹跟踪控制是其主要技术之一。

轮式移动机器人轨迹跟踪控制是指机器人在某一初始位置，由控制器的作用跟踪关于时间的期望轨迹，并稳定的沿着期望轨迹运行。滑模变结构控制具有响应速度快，鲁棒性强等特点，适用于非线性特点的轮式移动机器人轨迹跟踪控制。本发明针对存在外部干扰的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题，提出了一种带有模糊快速双幂次趋近律的滑模控制策略，以提高轨迹跟踪控制系统的鲁棒性且削弱系统本身的抖振现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法，利用滑模变结构控制方法和模糊规则调参数相互结合设计轮式移动机器人轨迹跟踪控制器，首先用Backstepping方法设计切换函数，然后提出模糊快速双幂次趋近律设计轮式移动机器人的轨迹跟踪控制器。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法，其组成包括：轮式移动机器人，所述的轮式移动机器人其中前两轮和后两轮都能够前进和转向，中间两轮只能前进，在XOY坐标系中，所述的轮式移动机器人的位姿由向量q＝[x_m y_m θ_m]^T表示，其中O_m为所述的轮式移动机器人的几何中心点，坐标为(x_m,y_m)，θ_m,是所述的轮式移动机器人运动方向与X轴正向的夹角，用v_m和w_m分别表示所述的轮式移动机器人前进时整体的线速度和角速度；

轮式移动机器人的运动学方程为：

令q＝[x_m y_m θ_m]^T为期望位姿的坐标,由给定的参考轨迹描述，定义新坐标系为X_m-Y_m描述所述的轮式移动机器人轨迹跟踪位姿误差坐标系，则所述的轮式移动机器人在新坐标系下的坐标为(x_e,y_e,θ_e)，其中坐标系X_e-Y_e与坐标系X_m-Y_m的夹角为θ_m,θ_e＝θ_r-θ_m；

轮式移动机器人的位姿误差方程为：

由(1)式和(2)式可得轮式移动机器人位姿误差微分方程为：

所述的轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

(1)切换函数的设计：