[发明专利]无源性全方位移动机器人轨迹跟踪自抗扰控制方法

说明书

本发明涉及全方位移动机器人轨迹跟踪的控制，为实现全方位移动机器人在动力学模型不确定及外部扰动同时存在的条件下的精确控制，避免求逆运算，本发明采用的技术方案是，无源性全方位移动机器人轨迹跟踪自抗扰控制方法，采用优化的降阶扩张状态观测器估计全方位移动机器人系统的总扰动，包括未建模部分、参数不确定性及外部扰动，并利用基于全方位移动机器人系统无源特性设计的无源性控制器来补偿观测器所估计的扰动，实现轨迹跟踪控制，其中，利用扩张状态观测器主动从被控对象的输入输出信号中把扰动的信息提炼出来，从而在扰动影响系统之前用控制信号将干扰消除。本发明主要应用于移动机器人轨迹跟踪与控制场合。

技术领域

本发明涉及一种三轮全方位移动机器人轨迹跟踪的控制问题。针对全方位移动机器人系统存在的外部扰动及模型参数不确定的问题，利用机器人动力学系统本身的结构特性，提出一种基于全方位移动机器人动力学系统无源特性的自抗扰控制方法。

背景技术

全方位移动机器人是一种具有完全的3个自由度，可以同时且独立得进行平移和旋转运动的移动机器人，非常适合工作在空间狭窄有限、对机器人机动性要求高的场合中，因此越来越被广泛应用。移动机器人的轨迹跟踪是移动机器人自主导航的重要组成部分。具有很好地轨迹跟踪能力的移动机器人可以更高效、准确地完成工作。由于全方位移动机器人系统是非常复杂的非线性、强耦合系统，很难建立准确的系统模型，因此其轨迹跟踪控制成为机器人研究领域的一个具有挑战性的热点问题。

针对移动机器人的轨迹跟踪问题，国内外已经有众多学者进行了研究。日本佐贺大学学者研究了解析加速度控制方法、比例积分微分(PID)控制方法、模糊模型法和随机模糊伺服法四种经典控制方法(会议：Second International Conference on Knowledge-Based Intelligent Electronic SystemsSecond International Conference onKnowledge-Based Intelligent Electronic Systems；著者：Watanabe K；出版年月：1998；文章题目：Control of an omnidirectional mobile robot；页码：51-60)；美国俄亥俄大学学者研究了一种基于沿期望轨迹的线性化及逆动力学的轨迹线性化控制方法，并通过仿真说明该方法的控制效果(会议：American Control Conference；著者：Y.Liu,X.Wu,J.Zhu,J.Lew；出版年月：2003；文章题目：Omni-directional mobile robot controllerdesign by trajectory linearization；页码：3423-3428)；康奈尔大学学者针对理想的全方位移动机器人研究了一种近似最佳的控制算法，并利用仿真验证了算法的有效性(期刊：RoboticsAutonomous Systems；著者：T.Kalmár-Nagy,R.D’Andrea,P.Ganguly；出版年月：2004；文章题目：Near-optimal dynamic trajectory generation and control of anomnidirectional vehicle；页码：47-64)；墨西哥学者研究了一种基于动力学模型的计算转矩控制方法(会议：International Conference on Electrical and ElectronicsEngineering IEEE；著者：Vazquez,J.A.,M.Velasco-Villa；出版年月：2007；文章题目：Computed-Torque Control of an Omnidirectional Mobile Robot；页码：274-277)；蒂宾根大学学者研究了一种模型预测控制算法(会议：International Conference onRobotics and Automation；著者：K.Kanjanawanishkul,A.Zell；出版年月：2009；文章题目：Path following for an omnidirectional mobile robot based on modelpredictive control；页码：3341-3346)。

发明内容