一种多轮式机器人自适应协同控制算法及控制系统.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CN107807534A(43)申请公布日2018.03.16(21)申请号201711269804.1(22)申请日2017.12.05(71)申请人上海神添实业有限公司地址200438上海市杨浦区民京路846号(72)发明人吴雄君周佳玲俞列宸陈潜(74)专利代理机构上海信好专利代理事务所(普通合伙)31249代理人周荣芳(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图1页(54)发明名称一种多轮式机器人自适应协同控制算法及控制系统(57)摘要本发明公开了一种多轮式机器人自适应协同控制算法及控制系统，该控制算法包含以下步骤：步骤1：建立含有N个轮式机器人的多轮式机器人系统及单个轮式机器人的非线性动力学模型；步骤2：经过线性反馈变换，将轮式机器人的非线性动力学模型转化为二阶线性系统，并设计自适应协同控制器；步骤3：设计出自适应协同控制器后，通过反变换获得加速度和角加速度的演化规律，并进一步获得加速度和角加速度，进而获得对应的控制力和控制力矩，完成多个轮式机器人自适应协同控制。本发明可以有效克服系统结构和参数不确定的非线性项，自动更新不同机器人通信耦合系数，适应动态变化的环境和通信拓扑结构变化，高效完成一致性编队动作。CN107807534ACN107807534A权利要求书1/3页1.一种多轮式机器人自适应协同控制算法，其特征在于，其包含以下步骤：步骤1：建立含有N个轮式机器人的多轮式机器人系统及单个轮式机器人的非线性动力学模型；步骤2：经过线性反馈变换，将轮式机器人的非线性动力学模型转化为二阶线性系统，并设计自适应协同控制器；步骤3：设计出自适应协同控制器后，通过反变换获得加速度和角加速度的演化规律，并进一步获得加速度和角加速度，进而获得对应的控制力和控制力矩，完成多个轮式机器人自适应协同控制。2.如权利要求1所述的多轮式机器人自适应协同控制算法，其特征在于，所述非线性动力学模型为：其中，分别为第i个轮式机器人t时刻在x，y坐标方向上的速度；vi(t)为第i个轮式机器人t时刻的速度；θi(t)为第i个轮式机器人t时刻的角度；为第i个轮式机器人t时刻的角速度，且3.如权利要求2所述的多轮式机器人自适应协同控制算法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1：令其中，ui(t)为第i个轮式机器人t时刻的控制输入；ui1(t)和ui2(t)分别为ui(t)的第1个分量和第2二个分量；和分别为第i个轮式机器人t时刻在x，y坐标方向上的加速度，为第i个轮式机器人t时刻的加速度；为第i个轮式机器人t时刻的角加速度；则式(1)转换为二阶线性系统：其中，为第i个轮式机器人的状态，ui为第i个轮式机器人的控制输入；步骤2.2：根据多轮式机器人系统的通信拓扑，计算多轮式机器人系统的无向图中的临近矩阵A0；步骤2.3：设计多轮式机器人系统的自适应协同控制器和自适应协同控制律。4.如权利要求3所述的多轮式机器人自适应协同控制算法，其特征在于，所述步骤2.22CN107807534A权利要求书2/3页具体包括以下步骤：假定多轮式机器人协同通信之间的网络采用无向图G＝(V0,ε,A0)表示，其中，V0＝{v1,v2,…vN}表示多轮式机器人系统节点的集合，为节点的无序集合，称为边界集；称两个节点vi,vj为邻近集，如果{vi,vj}是图G的边界，图G中从节点vi到节点vj的路径为{vik,vjk+1},k＝1,…,l-1形式的边界集合，如果对于图中每对节点都存在一条路径可以达N×N到，则称该图为连通的图，临近矩阵A0＝[aij]∈R，其为带有非负元素aij，且对角线均为0的矩阵；如果边界{vi,vj}∈ε，则节点vj被称为节点vi的临近节点，且节点vi的邻域节点标识的集合记作Ni＝{j∈I|{vi,vj}∈ε}。5.如权利要求4所述的多轮式机器人自适应协同控制算法，其特征在于，所述自适应协同控制器和自适应协同控制律分别为：其中，aij为临近矩阵A0的对应元素；cij为自适应协同控制律中的耦合系数，且cij(0)＝cji(0)；和分别为变换为二阶线性系统之后的第i,j个机T-1-1T-1器人的状态；kij为常数；反馈矩阵F＝-BP，Ω＝PBBP，P为正定矩阵，其取值满足：I为单位矩阵。6.如权利要求5所述的多轮式机器人自适应协同控制算法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：步骤3.1：式(2)根据反变换关系，得到加速度和角加速度的演化规律：步骤3.2：优化求解式(6)，可以获得P的取值，进而求得反馈矩阵F，根据式(4)从而获得ui的取值；步骤3.3：通过式(7)获得加速度和角加速度步骤3.4：根据其中，Mg,Jg分别为轮式机器人的质量和