[发明专利]用于轮式机器人的轨迹跟踪控制方法

说明书

用于轮式机器人的轨迹跟踪控制方法，方法包括：将轮式机器人的运动学模型变换为链式模型；根据链式模型以及预设的参考轨迹，建立参考模型；根据链式模型与参考模型，确定跟踪误差；根据跟踪误差，建立误差系统，误差系统包括第一子系统与第二子系统；根据第一子系统，建立二阶非线性扩张状态观测器，并根据第二子系统建立三阶非线性扩张状态观测器；根据二阶非线性扩张状态观测器，确定第一非奇异终端滑模控制器，并根据三阶非线性扩张状态观测器，确定第二非奇异终端滑模控制器；基于第一非奇异终端滑模控制器与第二非奇异终端滑模控制器，向轮式机器人发送控制指令。本发明提供的方法可以缓解抖振问题，并提高跟踪精度与鲁棒性。

技术领域

本发明涉及轮式机器人领域，特别涉及一种用于轮式机器人的轨迹跟踪控制方法。

背景技术

轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot，WMR)由于其在军事、民用等领域的广泛应用，近几十年来得到了充分的研究，其中，WMR的轨迹跟踪控制一直是研究的重点问题。在控制过程中，WMR的非完整约束、欠驱动特性、模型不确定性和外部干扰给其跟踪控制的理论分析和实际应用带来了很大的挑战。

由于滑模控制有着优良的抗干扰性能，使得滑模控制可以应用于WMR的轨迹跟踪控制，但是滑模控制会产生抖振现象，抖振的存在严重阻碍了滑模控制在实际中的应用。因此，如何缓解滑模控制的抖振现象，并提高跟踪精度与鲁棒性，成为本领域一项亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于轮式机器人的轨迹跟踪控制方法，以缓解滑模控制的抖振现象，并提高跟踪精度与鲁棒性。

为达到上述目的，本发明实施例提供一种用于轮式机器人的轨迹跟踪控制方法，所述方法可以包括：

根据轮式机器人的位置数据与姿态数据，建立运动学模型；

将所述运动学模型变换为链式模型；

根据所述链式模型以及预设的参考轨迹，建立参考模型；

根据所述链式模型与所述参考模型，确定跟踪误差；

根据所述跟踪误差，建立误差系统，所述误差系统包括第一子系统与第二子系统；

根据所述第一子系统，建立二阶非线性扩张状态观测器，并根据所述第二子系统建立三阶非线性扩张状态观测器；

根据所述二阶非线性扩张状态观测器，确定第一非奇异终端滑模控制器，并根据所述三阶非线性扩张状态观测器，确定第二非奇异终端滑模控制器；

基于所述第一非奇异终端滑模控制器与所述第二非奇异终端滑模控制器，向所述轮式机器人发送控制指令，以控制所述轮式机器人对所述参考轨迹进行跟踪。

由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明将WMR的运动学模型转换为链式模型，并根据链式模型得到误差系统中的两个子系统，大大简化了控制器的设计。并且本发明设计了一类全新的非线性扩张状态观测器(Nonlinear Extended State Observer，NLESO)，即NLESO_1与NLESO_2，同时给出了确定NLESO_1的增益α₀₁，α₀₂以及NLESO_2的增益β₀₁，β₀₂，β₀₃的取值范围的策略，大大提高了实用性。此外，针对传统滑模控制中普遍存在的抖振现象，提出了一种基于NLESO和非奇异终端滑模控制(Non-singular TerminalSliding Mode Control，NTSMC)的有限时间控制策略，在缓解抖振现象的同时，大大提高了跟踪精度与鲁棒性。

附图说明