两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102023569A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102023569A(43)申请公布日2011.04.20(21)申请号201010270270.6(22)申请日2010.09.01(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人王牛李楠杨祖元张琦(74)专利代理机构重庆博凯知识产权代理有限公司50212代理人张先芸(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书3页说明书15页附图6页(54)发明名称两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法(57)摘要本发明提供了一种两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法，该方法提出了一种包含任务适应级和运行控制级的增量式控制器，该增量式控制器在现有技术的基础上，将现有技术中作为比例控制器输出的期望轮速作为本发明增量式控制器中任务适应级输出的期望轮速适应值，解决了机器人的非完整约束问题导致的点镇定控制的稳定性问题；并增加了运行控制级对期望轮速适应值进行进一步的增量式轮速跟随控制，解决了因运动执行系统必然存在的加速度和速度约束限制所导致的点镇定控制的稳定性问题，在保证获得优良的机器人运动轨迹的同时，更有效提高机器人运动的快速性。CN1023569ACCNN102023569102023583AA权利要求书1/3页1.两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法，其特征在于，采用增量式控制器控制两轮轮式机器人的左轮期望轮速和右轮期望轮速；所述增量式控制器分为两级，分别为任务适应级和运行控制级；其具体包括如下控制步骤：a)获取当前控制周期时，机器人所在点与目标点的距离偏差ed(k)，以及机器人朝向与机器人由所在点面向目标点方向的角度偏差eθ(k)；k表示当前控制周期；b)在任务适应级，根据距离偏差ed(k)和角度偏差eθ(k)，采用广义的比例控制，获得当前控制周期的左轮期望轮速适应值uLc(k)和右轮期望轮速适应值uRc(k)；c)在运行控制级，根据任务适应级获得的左轮期望轮速适应值uLc(k)和右轮期望轮速适应值uRc(k)，采用增量式轮速跟随控制，获得当前控制周期的左轮期望轮速uL(k)和右轮期望轮速uR(k)；其具体操作包括：c1)获取左轮轮速饱和增量ΔULmax和左轮轮速饱和值ULmax，以及右轮轮速饱和增量ΔURmax和右轮轮速饱和值URmax；同时，设定减速控制距离常数d1，并获取当前控制周期的左轮实际轮速vL(k)和右轮实际轮速vR(k)；c2)计算当前控制周期的期望轮速适应差eu(k)＝uRc(k)-uLc(k)和实际轮速差ev(k)＝vR(k)-vL(k)；进而求得当前控制周期的控制向差E(k)＝eu(k)-ev(k)；c3)按如下公式确定特征模态集Φ：c4)按如下公式确定控制模态集Ψ：2CCNN102023569102023583AA权利要求书2/3页并且，在控制模态ψ5和ψ6中，左轮期望轮速uL(k)还同时满足：在控制模态ψ11和ψ12中，右轮期望轮速uR(k)还同时满足：c5)特征模态集Φ与控制模态集Ψ的关联关系为：若φj成立，则ψj；j∈{1，2，...，13}；即特征模态φj与控制模态ψj按下标号一对一对应关联；根据该关联关系获得当前控制周期的左轮期望轮速uL(k)和右轮期望轮速uR(k)；d)增量式控制器在各个控制周期重复步骤a)～c)，并输出期望轮速向量U，直至机3CCNN102023569102023583AA权利要求书3/3页器人到达目标点；其中，uL和uR分别为增量式控制器输出的左轮期望轮速和右轮期望轮速。2.根据权利要求1所述的两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法，其特征在于，所述步骤b)中，任务适应级采用的广义的比例控制为经典比例控制。3.根据权利要求1所述的两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法，其特征在于，所述步骤b)中，任务适应级采用的广义的比例控制为比例余弦控制。4.根据权利要求1所述的两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法，其特征在于，所述步骤b)中，任务适应级采用的广义的比例控制为分段比例控制。5.根据权利要求1～4中任一项所述的两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法，其特征在于，在所述控制步骤d)之后还包括：e)对增量式控制器输出的期望轮速向量U进行静差补偿，再用补偿后的左轮期望轮速和右轮期望轮速分别控制左轮电机系统和右轮电机系统；所述静差补偿的公式为：即其中，U′为静差补偿后的期望轮速向量；和分别为静差补偿后的左轮期望轮速和右轮期望轮速；αL和αR分别为左轮轮速反馈补偿系数和右轮轮速反馈补偿系数。4CCNN102023569102023583AA说明书1/15页两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法技术领域[0001]本发明属于智能控制应