一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法.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CN108008720A(43)申请公布日2018.05.08(21)申请号201711039459.2(22)申请日2017.10.31(71)申请人哈尔滨理工大学地址150080黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号(72)发明人尤波张乐超(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图7页(54)发明名称一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法(57)摘要一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法。轮式移动机器人应用领域宽广，其复杂的结构和控制方法一直吸引着众多研究者的广泛关注，对于各领域应用的轮式移动机器人，轨迹跟踪控制是其主要技术之一。一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法在双幂次趋近律中引入一指数项形成快速双幂次趋近律，提高了轮式移动机器人在轨迹跟踪时趋向于滑模面的速度和抗干扰能力。用Lyapunov函数证明其稳定性，确保轮式移动机器人全局稳定，结合由轮式移动机器人位姿误差设计的切换函数得到轮式移动机器人的轨迹跟踪控制律。本发明应用于轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制。CN108008720ACN108008720A权利要求书1/2页1.一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法，其组成包括：轮式移动机器人，其特征是：所述的轮式移动机器人其中前两轮和后两轮都能够前进和转向，中间两轮只能前进，在XOY坐标系中，所述的轮式移动机器人的位姿由向量表示，其中为所述的轮式移动机器人的几何中心点，坐标为，是所述的轮式移动机器人运动方向与X轴正向的夹角，用Vm和Wm分别表示所述的轮式移动机器人前进时整体的线速度和角速度；轮式移动机器人的运动学方程为：(1)令为期望位姿的坐标,由给定的参考轨迹描述，定义新坐标系为描述所述的轮式移动机器人轨迹跟踪位姿误差坐标系，则所述的轮式移动机器人在新坐标系下的坐标为，其中坐标系与坐标系的夹角为；轮式移动机器人的位姿误差方程为：(2)由(1)式和(2)式可得轮式移动机器人位姿误差微分方程为：(3)2.根据权利要求1所述的轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法，其特征是：该方法包括如下步骤：（1）切换函数的设计：引理：对于任意且，有，当且仅当时成立，结合上面引理和反演法思想，设计滑模切换函数，当Xe=0时，给出Lyapunov函数：(4)设，对上式求导：(5)2CN108008720A权利要求书2/2页由上述引理知（当且仅当“”时，“=”成立），则，只要保证Xe收敛到零且收敛到，则Ye收敛到零，根据以上分析可设计滑模切换函数为：(6)通过设计所述的轮式移动机器人轨迹跟踪控制器使和即可使收敛到零并且收敛到，进而使和收敛到零，实现所述的轮式移动机器人的轨迹跟踪；（2）模糊快速双幂次趋近律的设计：趋近过程和滑模过程是滑模运动的两个过程，所述的轮式移动机器人从任意初始位置出发趋向切换面是趋近运动，即是的过程；（3）轮式移动机器人轨迹跟踪控制器的设计：在以上分析的基础上设计所述的轮式移动机器人的轨迹跟踪控制律，令，则（7）由上式可知轮式移动机器人轨迹跟踪的控制律为：（8）其中。3CN108008720A说明书1/9页一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法技术领域[0001]本发明涉及一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法。背景技术[0002]随着人类科技日新月异的发展，轮式移动机器人不仅应用在航天领域，并且在农业、工业和服务业中日益凸显出潜在应用价值。由于轮式移动机器人应用领域宽广，其复杂的结构和控制方法一直吸引着众多研究者的广泛关注。对于各领域应用的轮式移动机器人，轨迹跟踪控制是其主要技术之一。[0003]轮式移动机器人轨迹跟踪控制是指机器人在某一初始位置，由控制器的作用跟踪关于时间的期望轨迹，并稳定的沿着期望轨迹运行。滑模变结构控制具有响应速度快，鲁棒性强等特点，适用于非线性特点的轮式移动机器人轨迹跟踪控制。本发明针对存在外部干扰的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题，提出了一种带有模糊快速双幂次趋近律的滑模控制策略，以提高轨迹跟踪控制系统的鲁棒性且削弱系统本身的抖振现象。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法，利用滑模变结构控制方法和模糊规则调参数相互结合设计轮式移动机器人轨迹跟踪控制器，首先用Backstepping方法设计切换函数，然后提出模糊快速双幂次趋近律设计轮式移动机器人的轨迹跟踪控制器。[0005]上述的目的通过以下的技术方案实现：一种轮式移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制及方法，其组成包括：轮式移动机器人，所述的轮式移动机器人其中前两轮和后两轮都能够前进和转向，中间两轮只能前进，在XOY坐标系中，所述的轮