[发明专利]一种移动两轮机器人的控制方法

权利要求书

1.一种移动两轮机器人的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、建立基于移动两轮机器人系统的测试平台，所述测试平台包括驱动器、控制器、工控机、两个车轮、陀螺仪和触摸屏；

S2、基于移动两轮机器人系统的各状态数据，构建系统的准线性变参数模型；

S3、对准线性变参数模型进行数值重构，进行全局线性化重建后，构建系统的状态空间模型；

S4、对所述状态空间模型通过局部极值优化策略进行处理，在等距采样中增加极值点，并在查找极值点后将其添加到状态空间模型中得到拟线性化变参数模型；

S5、基于所述拟线性化变参数模型，通过扩展信号获得扩展状态空间方程，通过设定初始状态和控制目标对移动两轮机器人系统进行控制；

所述准线性变参数模型具体包括：

假设1：忽略车轮的阻尼扭矩和干扰力；

假设2：车体和车轮为“T”形体；

假设3：f_dRL＝f_dRR＝f_dp＝0，其中，f_dRL为车体左轮与地面之间的摩擦力，f_dRR为车体右轮与地面之间的摩擦力，f_dp为两个车轮和机器人本体之间的摩擦力；

构建系统的准线性变参数模型具体如下：

a₁＝(-3g cos x₂sin c(x₂/π))/(4h₁)

a₂＝Lh₂/h₁

a₃＝(3/(4L)+9cos² x₂/(16Lh₁))g sin c(x₂/π)

a₄＝-3h₂cos x₂/(4h₁)

b₁＝(3R cos x₂+4L)/(4LRM_ph₁)

b₂＝-(3h₃ cosx₂/(4h₁L)+3/(4M_pL²))

b₃＝6/((M_p+9M_r)DR)

h₁＝1+3M_r/M_p-3cos² x₂/4

h₂＝x₅ sinx₂

h₃＝1/(M_pR)+3cos x₂/(4M_pL)

其中，状态变量x＝[x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆]，x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆分别为移动两轮机器人系统的位移、俯仰角、偏航角、速度、俯仰角速度和偏航角速度，输入状态u＝[u₁,u₂]，u₁,u₂分别为移动两轮机器人系统的左车轮和右车轮的输入，x_RL、x_RR分别为左车轮和右车轮前进的直线距离，为移动两轮机器人系统的底盘前进的直线速度，θ和分别为俯仰角度和俯仰角速度，δ和分别为偏航角度和偏航角速度，J_RL、J_RR分别为左车轮和右车轮的等效转动惯量，M_r为车轮质量，J_p为机体绕重心的转动惯量，J_δ为机体绕Y轴转动惯量，M_p为机体质量，R为车轮半径，L为底盘和机体重心的距离，D为左车轮和右车轮的进度，y_r为车轮绕Y轴前进距离，x_p为机体重心前进距离，C_L和C_R为左车轮输出转矩和右轮输出转矩；

所述S3具体包括：

S31、构建系统的状态空间模型：x为状态变量，u为输入状态，y为输出状态；

S32、进行准线性变参数重构：p、S和∈为参数向量，p包含状态变量x的维度，l为张量，W_n(p_n)为按p的维度包含加权函数的向量；

S33、对权重函数进行简化，得到最终的状态空间模型：

其中，p₂＝cos x₂，