[发明专利]基于势垒函数的移动机器人自适应控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于势垒函数的移动机器人自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤S110、根据控制输入信号，建立四轮动力学模型并转化为移动机器人状态空间方程；

其中，所述步骤S110的方法，包括：

步骤S111、建立四轮动力学模型：

其中，m表示移动机器人总质量，υ_x是车体重心处的纵向速度，F_i^x和F_i^y分别表示第i个轮子的径向驱动力和轴向偏移力，变量上端的“·”表示求导操作，β和γ分别代表车体的侧滑角和横摆率，I_z表示通过重心绕偏航轴的惯性矩，l_f和l_r分别表示从前、后轴到车体重心的距离，定义虚拟前轮和虚拟后轮，δ_f和δ_r分别是虚拟前轮转向角和虚拟后轮转向角，M_ω是由移动机器人通过四个轮子的牵引力矩产生的偏航力矩，d表示车身宽度，与分别表示作用在右后轮，左后轮，右前轮，左前轮上的径向驱动力；

步骤S112、基于定义的虚拟前轮及虚拟后轮，将四轮动力学模型简化为虚拟前、后轮模型：

其中，虚拟前轮角和虚拟后轮角满足：δ_r＝kδ_f，k为预设系数；和分别表示虚拟前、后轮的轴向力，cos为余弦函数；

步骤S113、建立移动机器人状态空间方程：

其中，x是状态变量，x＝[β,γ]^T，T表示矩阵的转置，u为控制输入信号对应的控制输入量，u＝[δ_f,M_ω]^T，为x的导数，f表示未建模动态和建模误差，A、B为参数矩阵；

步骤S114、通过线性化变换，获得变换后的移动机器人状态空间方程：

其中，η₁和η₂为变换后的移动机器人状态空间方程的状态变量，和分别为η₁和η₂的导数，为变换后系统的未建模动态和建模误差，为A的变换矩阵，和为矩阵的元素，φ＝[0 B₁]^T，B1为B的变换矩阵，B₁＝(B^TB)^-1B^T，T表示矩阵的转置；

步骤S120、基于状态空间方程设计滑模面和滑模控制律；

其中，所述步骤S120的方法，包括：

构建滑模面s，其中，滑模面s为

s＝η₂-Gη₁，式中，G表示对角线元素为1的对角矩阵；

变换后的移动机器人状态空间方程中的控制输入量u满足

u＝ω+v，

其中，ω为滑模控制等效律，v为超螺旋无颤振趋近律；

利用滑模面s的导数得到滑模控制等效律ω为

步骤S130、基于状态空间方程设计超螺旋无颤振趋近律；

步骤S140、基于滑模面构建势垒函数；

步骤S150、对控制输入信号进行非对称限幅。

2.根据权利要求1所述的基于势垒函数的移动机器人自适应控制方法，其特征在于，所述步骤S130中设计的超螺旋无颤振趋近律v满足：

ρ₁＝L(s)|s|^α

ρ₂＝L^θ(s)

式中，表示计算的中间变量，表示的导数，α为分数阶阶次，L(s)为势垒函数，ρ₁和ρ₂为由势垒函数调节的系统控制增益，θ为预设的正偶数，tanh表示双曲正切函数，|s|表示求取s的绝对值。