[发明专利]基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法、系统和设备

权利要求书

1.一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立移动机器人动力学模型；其中，移动机器人动力学模型的控制输入为直流驱动电机的驱动电压；

步骤2、采用δ算子对移动机器人动力学模型进行离散化处理，得到离散后的移动机器人动力学模型；

步骤3、构建滑动超平面和滑模趋近律；

步骤4、根据离散后的移动机器人动力学模型、滑动超平面及滑模趋近律，得到滑模变结构移动机器人驱动控制器；

步骤5、利用滑模变结构移动机器人驱动控制器，对移动机器人进行驱动控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法，其特征在于，步骤1中，移动机器人为两轮差速移动机器人；建立移动机器人运动学模型过程具体如下：

步骤11、建立两轮差速移动机器人的Lagrange动力学模型；

步骤12、根据两轮差速移动机器人的Lagrange动力学模型、直流驱动电机的输出方程及直流驱动电机的工作参数，求解移动机器人的运动控制量与直流驱动电机的输入电压的数学模型，即得到所述的移动机器人动力学模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法，其特征在于，步骤1中，移动机器人动力学模型的表达式为：

V＝[v w]^T

U_a＝[U_al U_ar]^T

其中，为V的微分项，V为移动机器人的运动控制向量；v为移动机器人的线速度，w为移动机器人的旋转角速度；U_a为移动机器人的直流驱动电机的驱动电压，U_al为移动机器人的左轮驱动电机的驱动电压；U_ar为移动机器人的右轮驱动电机的驱动电压；A和B分别为常数矩阵。

4.根据权利要求3所述的一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法，其特征在于，常数矩阵A和常数矩阵B的表达式分别为：

K₁＝nK_τ/R_a，K₂＝nK_bK₁，

其中，K₁及K₂为移动机器人的系统参数，X为与移动机器人驱动轮有关的参数矩阵；m为移动机器人的质量，I_m为移动机器人相对于其中心点M的转动惯量，r为移动机器人的驱动轮半径，L为驱动轮到移动动机器人中心点M的距离，n为移动机器人的机械齿轮减速比，K_τ为直流驱动电机的转矩常数，R_a为直流驱动电机的电阻，K_b为直流驱动电机的反电动常数。

5.根据权利要求1所述的一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法，其特征在于，离散后的移动机器人的动力学模型的表达式为：

其中，为第k个采样时刻离散后的移动机器人的动力学模型；V(k)为第k个采样时刻移动机器人的运动控制向量；U(k)为第k个采样时刻直流驱动电机的驱动电压；A_σ和B_σ分别为离散后的移动机器人的系统参数；k为当前采样时刻，T为采样周期，I为单位矩阵。

6.根据权利要求1所述的一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法，其特征在于，步骤3中，滑动超平面s(k)的表达式为：

s(k)＝c^Tx(k)-c^TE(k)x(0)

其中，c为滑态参数矩阵；e(k)为第k个采样时刻的时变衰减矩阵，和为分别第k个采样时刻的时变衰减矩阵向量；β₁和β₂分别为预设滑动参数；x(k)为移动机器人在第k个采样时刻的驱动输入；x(0)为移动机器人初始采样时刻的驱动输入。