[发明专利]基于无模型外环补偿的机器人轨迹跟踪自抗扰控制方法

说明书

本发明涉及一种基于无模型外环补偿的机器人轨迹跟踪自抗扰控制方法，步骤如下：步骤一：建立全方位移动机器人系统动力学模型；步骤二：根据动力学模型设计扩张状态观测器；步骤三：根据解析加速度控制方法设计自抗扰控制器；自抗扰控制器由两部分组成，一部分用于补偿系统的总扰动，另一部分用于机器人的轨迹跟踪控制，引入比例微分反馈，并根据伪雅可比矩阵估计值得出无模型自适应控制器，将无模型自适应控制加在扩张状态观测器中。

技术领域

本发明涉及全方位移动机器人控制领域，尤其涉及一种基于无模型外环补偿的全方位移动机器人轨迹跟踪自抗扰控制。

背景技术

全方位移动机器人是一种满足完整约束条件，并在平面内具有三个自由度的机器人，即可以同时且独立的进行平移和旋转运动。它能够通过狭窄的通道、直角弯道，能够在需要精确定位和高精度轨迹跟踪的场合进行自身位姿的细微调整，且能够实现零曲率半径运动。但由于全方位移动机器人系统是典型的非线性、强耦合的时变多输入多输出系统，很难建立准确的系统模型，因此其轨迹跟踪控制成为机器人研究领域的一个具有挑战性的热点问题。

针对全方位移动机器人的轨迹跟踪问题，国内外的研究人员们进行了大量的研究。日本佐贺大学学者研究了解析加速度控制方法、比例积分微分(PID)控制方法、随机模糊伺服法和模糊模型法四种经典控制方法(会议：SecondInternationalConferenceonKnowledge-Based Intelligent Electronic Systems Second International Conferenceon Knowledge-Based Intelligent Electronic Systems；著者：WatanabeK；出版年月：1998；文章题目：Controlofanomnidirectional mobilerobot；页码：51-60)；美国俄亥俄大学学者研究了一种将轨迹进行线性化的控制方法，为全方位移动机器人设计了非线性控制器。(期刊：Robotics andAutonomous Systems；著者： YongLiu,J.JimZhu,RobertL.WilliamsII,JianhuaWu；出版年月：2008；文章题目： Omni-directionalmobile robotcontrollerbasedontrajectory linearization；页码：461-479)。康奈尔大学学者研究了一种针对理想的全方位移动机器人的近似最佳的控制算法，并利用仿真验证了算法的有效性(期刊：RoboticsAutonomous Systems；著者：T.Kalmár-Nagy,R. D’Andrea,P.Ganguly；出版年月：2004；文章题目：Near-optimal dynamictrajectory generation andcontrolofanomnidirectionalvehicle；页码：47-64)；台湾地区 中国文化大学学者提出了一种平滑切换自适应滑模控制器，使其在存在结构化和非结构化不确定性的情况下处理全方位移动机器人的跟踪任务。(期刊：IEEE Transactions on Control Systems Technology；著者：Jeng-TzeHuang,TranVanHung,Ming-LeiTseng；出版年月：2015；文章题目：SmoothSwitching RobustAdaptive Control forOmnidirectional Mobile Robots；页码：1986-1993)。日本立命馆大学的学者将自抗扰控制用于全方位移动机器人，使用扰动观测器来估计总扰动。(会议： IEEE ISR2013；著者：ChaoRen,ShugenMa；出版年月：2013；文章题目：Analysis andcontrol ofanomnidirectionalmobilerobot)。

发明内容