[发明专利]一种考虑输入约束的移动机器人固定时间跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑输入约束的移动机器人固定时间跟踪控制方法，包括以下具体步骤：建立包含执行机构动态的移动机器人跟踪控制系统模型；基于系统运动学模型设计移动机器人固定时间跟踪运动学控制器；基于包含执行机构动态的移动机器人系统动力学模型设计固定时间跟踪动力学控制器。本发明所述控制方法不仅具有好的跟踪控制性能，而且可以确保输入约束满足系统执行机构的要求，解决固定时间控制初始控制信号过大的问题。

技术领域

本发明涉及移动机器人控制技术领域，尤其涉及一种考虑输入约束的移动机器人固定时间跟踪控制方法。

背景技术

移动机器人集信息采集、动态规划、行为决策与控制等多种功能于一体，由于具有机械结构简单、运动灵活及较强的外部环境自适应能力等特点，使得移动机器人在军事、工业、农业以及民用等领域获得了广泛的应用。

高性能的跟踪控制是移动机器人完成这些应用的前提，其中跟踪误差的收敛速度是实现移动机器人高性能跟踪控制的一项关键技术指标。

固定时间控制可以使得移动机器人系统跟踪误差做到固定时间收敛，且其收敛时间与系统状态的初始值无关。然而，为了达到系统状态的固定时间收敛，在固定时间控制的初始阶段固定时间控制器输出的控制信号往往存在幅值过大的问题，这极易使系统发生输入受限问题，导致系统控制性能变差，严重时甚至会引起系统失稳。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种考虑输入约束的移动机器人固定时间跟踪控制方法，本发明采用固定时间控制理论设计使得系统跟踪误差固定时间收敛的运动学控制器及动力学控制器，同时解决了固定时间控制中初始控制信号过大的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种考虑输入约束的移动机器人固定时间跟踪控制方法，具体步骤如下：

步骤1、建立包含执行机构动态的移动机器人跟踪控制系统模型；

步骤2、基于系统运动学模型设计移动机器人固定时间跟踪运动学控制器；

步骤3、基于包含执行机构动态的移动机器人系统动力学模型设计固定时间跟踪动力学控制器。

步骤1所述的建立包含执行机构动态的移动机器人跟踪控制系统模型，具体过程如下：

1.1所述移动机器人在满足非完整约束的情况下，其运动学模型可描述为

式中，q＝[x,y,θ]^T∈R³为移动机器人的位姿矢量，其中，x，y分别表示移动机器人在X轴向及Y轴向的坐标，θ为移动机器人的方向角；q为移动机器人位姿矢量的一阶导数；μ＝[v,ω]^T为由移动机器人的线速度和角速度构成的矢量，其中，v为线速度，ω为角速度。

1.2依据Lagrange建模方法，移动机器人的动力学模型可描述为