一种轮式移动机器人控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110083061A(43)申请公布日2019.08.02(21)申请号201910291422.1(51)Int.Cl.(22)申请日2019.04.12G05B13/04(2006.01)(71)申请人国网宁夏电力有限公司电力科学研究院地址750002宁夏回族自治区银川市金凤区黄河东路716号申请人四川大学(72)发明人马飞越丁培周秀马波何宁辉闫振华高博张庆平刘威峰李奇超伍弘张佩韩吉霞佃松宜赵涛(74)专利代理机构广州市一新专利商标事务所有限公司44220代理人张芳权利要求书3页说明书13页附图3页(54)发明名称一种轮式移动机器人控制方法(57)摘要本发明涉及一种轮式移动机器人控制方法。其特点是，包括如下步骤：步骤一：建立轮式移动机器人运动学模型；步骤二：建立双闭环系统并且通过非奇异终端滑模与广义二型模糊结合的方法对移动机器人的位置轨迹和角度进行跟踪，具体是双闭环系统的外环对移动机器人的位置轨迹进行跟踪，而双闭环系统的内环对移动机器人的角度进行跟踪，两者都将滑模面作为模糊系统的控制输入，将模糊系统的输出作为滑模趋近律参数，并且设计内环收敛速度快于外环收敛速度。本发明提出了一种轮式移动机器人控制方法，具体是一种双闭环控制系统，通过广义二型模糊控制与滑模控制结合的方法，提高抗外界干扰能力，增强系统稳定性。CN110083061ACN110083061A权利要求书1/3页1.一种轮式移动机器人控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：建立轮式移动机器人运动学模型；步骤二：建立双闭环系统并且通过非奇异终端滑模与广义二型模糊结合的方法对移动机器人的位置轨迹和角度进行跟踪，具体是双闭环系统的外环对移动机器人的位置轨迹进行跟踪，而双闭环系统的内环对移动机器人的角度进行跟踪，两者都将滑模面作为模糊系统的控制输入，将模糊系统的输出作为滑模趋近律参数，并且设计内环收敛速度快于外环收敛速度从而保证系统稳定性，同时削弱系统抖振从而令移动机器人有更好的运动性能。2.如权利要求1所述的一种轮式移动机器人控制方法，其特征在于：步骤一中运动学模型具体如下：首先将轮式移动机器人的状态由两个驱动轮轴中点O在坐标系的位置及航向角θ表示，令轮式移动机器人位置表示为M＝[x，y，θ]T，姿态表示为N＝[v，ω]T，其中，[x,y]为轮式移动机器人的位置，θ为轮式移动机器人前进方向与x轴夹角，v为轮式移动机器人线速度，ω为轮式移动机器人角速度，在运动学模型中，[x，y，θ]T是控制输入；轮式移动机器人的运动学方程为：再通过设计控制律N＝[ν，ω]T，实现轮式移动机器人的位置[x，y]T的跟踪及夹角θ的跟踪；由该轮式移动机器人运动学方程可知，轮式移动机器人运动学模型为在坐标系内的位置与姿态误差定义为：其中，xd与yd分别表示X轴与Y轴理想轨迹，θd表示理想角速度，e1,e2,e3分别为X轴方向位置跟踪误差、Y轴方向位置跟踪误差和角度跟踪误差。3.如权利要求1所述的一种轮式移动机器人控制方法，其特征在于：步骤二具体如下：步骤1：定义位置跟踪误差：定义角度跟踪误差：e3＝θ-θd；求导得到：2CN110083061A权利要求书2/3页λλ步骤2：设计位置跟踪滑模面：s1＝e1，s2＝e2；λ设计角度跟踪滑模面：s3＝e3；其中，λ＝p/q，且p,q都是正奇数，满足1＜p/q＜2；e1,e2,e3分别为X轴方向位置跟踪误差、Y轴方向位置跟踪误差和角度跟踪误差，s1,s2,s3分别为X轴方向位置滑模面设计、Y轴方向位置滑模面设计和角度滑模面设计；对位置滑模面求导：对角度滑模面求导：步骤3：设计位置跟踪趋近律：设计角度跟踪趋近律：λ-1λ-1λ-1其中，k1＞0，k2＞0,k3＞0，η3＞0，Q1＝e1,Q2＝e2，Q3＝e3结合滑模面求导结果与趋近律设计，最终，得到位置控制律：实际位置控制律：角度控制律：步骤4：将设计的滑模面s1,s2,s3作为二型模糊系统的输入选择上、下隶属函数为：其中，i＝1，2，3.si表示滑模面，和表示上下隶属函数；次隶属函数的表达式为：其中，γ决定次隶属函数形状，当γ＝1时，次隶属函数为对称三角行；当γ＝0时，次隶3CN110083061A权利要求书3/3页属函数为矩形；α为广义二型模糊的截面，和为α截面的上下隶属函数；步骤5：将二型模糊系统的输出作为滑模趋近律的输入，动态调节趋近律参数，降低系统抖振，保证系统稳定。4CN110083061A说明书1/13页一种轮式移动机器人控制方法技术领域[0001]本发明涉及一种轮式移动机器人控制方法。背景技术[0002]移动机器人可通过自身移动完成许多危险任务，有效代替人力，如排雷、海底勘测、无人车驾驶、煤矿井下工作等，在军事、