[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

说明书

本发明公开了一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法、系统和设备，包括建立移动机器人动力学模型；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；构建滑动超平面和滑模趋近律；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；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；本发明采用δ算子对移动机器人动力学模型进行离散化处理，保证了离散驱动控制系统的稳定性；根据构建的滑动超平面及滑模趋近律，建立离散滑模变结构控制器系统，有效保证了系统的稳定控制能力，无抖震且系统鲁棒性好。

技术领域

本发明属于控制系统设计技术领域，特别涉及一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法、系统和设备。

背景技术

随着生产技术的发展，对机器人的驱动能力提出的更高的要求，更加合理的控制策略才能满足移动机器人在复杂环境下的控制要求；在移动机器人运动控制系统中，电机的驱动能力及抗扰动能力是机器人运动控制性能的保障，而由于导航定位信息大多以非连续的数据形式采集得到；现有连续的移动机器人驱动控制系统在采样后，可能存在驱动控制系统发散，系统易抖动，稳定较差；因此，以离散化的方式实现驱动控制器的设计是很有必要的。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法、系统和设备，以解决采用现有连续的机器人驱动控制系统，存在系统发散，系统易抖动，稳定性较差的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种基于滑模变结构的移动机器人驱动控制方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，常数矩阵A和常数矩阵B的表达式分别为：