[发明专利]一种基于切换策略的直接避障跟踪控制方法及存储介质

说明书

一种基于切换策略的直接避障跟踪控制方法及存储介质，属于非线性系统避障跟踪控制领域。本发明解决了目前间接避障跟踪控制方法不可靠的问题。本发明针对机器人建立非线性系统状态空间模型，并给定系统目标信号和障碍物坐标；利用跟踪误差变量设计李雅普诺夫函数，根据李雅普诺夫函数对时间的一阶导数设计虚拟跟踪控制函数以及目标跟踪控制策略；利用避障误差变量设计李雅普诺夫函数，根据李雅普诺夫函数对时间的一阶导数设计虚拟避障控制函数以及避障控制策略；利用目标跟踪控制策略和避障控制策略，设计基于切换策略的直接避障跟踪控制策略，实现对机器人的控制。本发明用于非线性系统的对机器人的避障跟踪控制。

技术领域

本发明属于非线性系统避障跟踪控制领域。

背景技术

避障跟踪控制一直是非线性系统控制领域中研究的热点，避障跟踪控制是指系统在没有人为操控的前提下，通过自身的测量技术和控制手段实现对障碍物的躲避，并最终安全到达目标点。常见的有避障跟踪控制需求的非线性系统包括自主驾驶系统、机器人系统、飞行控制系统等。目前比较流行的避障跟踪方法包括可视图法、栅格法、势场法等，关于这些方法可以参考中国发明专利CN110609547A、中国发明专利CN109263639A以及中国发明专利CN112577491A。值得指出的是这些避障跟踪方法都属于间接避障跟踪控制方法，它们只对系统进行避障跟踪路径规划，后续还需要路径跟随控制策略对系统施加控制作用，使系统最终完成避障跟踪任务。倘若系统的路径规划时间过长或者系统路径规划失败，则系统的路径跟随会受限或者失效，最终导致任务执行效率下降或者任务失败。因此，如何在不依赖路径规划的前提下直接对系统设计避障跟踪控制策略是一个关键问题。

发明内容

本发明的目的是为解决目前间接避障跟踪控制方法存在不可靠的问题，而提出了一种基于切换策略的直接避障跟踪控制方法。

一种基于切换策略的直接避障跟踪控制方法，针对于被控对象，建立二自由度非线性系统状态空间模型，并基于切换策略的直接避障跟踪控制策略进行控制，所述基于切换策略的直接避障跟踪控制策略如下

其中，x₁和x₂分别表示系统x轴位置与速度，x₃和x₄分别表示系统y轴位置与速度；u₁、u₂分别为x轴、y轴方向上的控制函数；z₁＝x₁-x_d、z₂＝x₂-α₁、z₃＝x₃-y_d、z₄＝x₄-α₂为跟踪误差变量，(x_d,y_d)为给定的系统目标信号，α₁,α₂表示虚拟跟踪控制函数；s_1,i＝x₁-p_i、s_2,i＝x₂-β_1,i、s_3,i＝x₃-q_i、s_4,i＝x₄-β_2,i为避障误差变量，(p_i,q_i)为障碍物坐标，i＝1,2,…,m，β_1,i和β_2,i表示虚拟避障控制函数；b₁,b₂为常数，k₁,k₂,k₃,k₄为正常数；

所述系统为建立的二自由度非线性系统。