[发明专利]一种基于线性自抗扰的移动机器人速度解耦抗扰控制器

说明书

一种基于线性自抗扰的移动机器人速度解耦抗扰控制器，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)建立移动机器人前进速度和转向速度驱动的数学模型；步骤2)对数学模型进行速度的静态解耦；步骤3)速度动态解耦抗扰控制器设计。本发明可有效提升轮式移动机器的运动性能。

技术领域

本发明属于轮式机器人运动控制技术领域，涉及到轮式移动机器人前进速度和转向速度的控制，尤其是如何消除机器人前进速度和转向速度控制的耦合问题，并消除系统内部和外部扰动对速度控制的影响，实现一种基于线性自抗扰(LADRC)的轮式移动机器人速度解耦抗扰控制器。

背景技术

两轮差速移动机器人控制简单，运动灵活，被广泛应用于服务、物流、探测等领域，具有极广的应用前景。两轮差速式轮式移动机器人的驱动系统由左右两个驱动轮组成，每个驱动轮上有独立的动力源，通过控制左右驱动轮的速度来驱动机器人运动，使得机器人就可以完成一系列的运动指令。

在实际应用中，例如机器人的航迹推测、定位和运动控制中，机器人的运动状态一般是由前进速度和转向速度来描述，两轮的转速通过运动学变换后才能得到前进速度和转向速度。考虑到左右两轮的负载差异，以及传动系统的松紧差异轮咬合差异等因素，当机器人的重心位置不在中心位置或处于非对称状态，前进速度和转向速度和耦合在一起的，使得前进速度和转向速度的控制无法独立调节。

专利CN201710623784.7给出了一种轮式移动机器人的转角和速度的PID控制方案，但并没有解决前进速度和转向速度的解耦调节问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的两轮差速轮式移动机器人前进速度和转向速度之间的耦合问题，提供了一种基于线性自抗扰的移动机器人速度解耦抗扰控制器，可有效提升轮式移动机器的运动性能。

本发明采用如下技术方案：

一种基于线性自抗扰的移动机器人速度解耦抗扰控制器，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)建立移动机器人前进速度和转向速度驱动的数学模型；

步骤2)对数学模型进行速度的静态解耦；

步骤3)速度动态解耦抗扰控制器设计。

所述数学模型为：

其中G_wL、G_wR分别为移动机器人左、右驱动轮的驱动模型，u_L、u_R分别为左、右驱动轮无刷直流电机的电压输入，v为移动机器人的前进速度，w为移动机器人的转向角速度。

所述速度的静态解耦具体如下：

引入一个速度静态矩阵变换的逆矩阵变换，如下

其中u_v、u_w为机器人驱动模型的前进速度和转向速度的控制量，引入逆矩阵变换后机器人前进速度和转向速度驱动的数学模型变为：

所述的速度动态解耦抗扰控制器设计具体如下：

3.1)设计扩张状态观测器，

其中z₁,z₂,z₃是扩张状态观测器的状态变量，y_z为观测器的输出,l₁＝3ω_o，为扩张状态观测器的益，x₁＝v，b_L0为b_L的估计值，b_L为左驱动轮的模型参数；