基于终端滑模机器人模糊自适应路径跟踪控制

对质心位置未知的移动机器人系统设计了基于快速终端滑模的模糊自适应路径跟踪控制方法。该方法采用模糊逻辑系统逼近控制器中的未知函数,基于李亚普诺夫稳定性分析方法对未知参数设计自适应律,并设计鲁棒控制器来补偿逼近误差。该方法不但可以保证闭环系统中的所有信号有界,而且可使跟踪误差在有限时间内收敛到原点的小邻域内。仿真结果验证了方法的有效性。     

不确定轮式移动机器人的任意轨迹跟踪

本文研究参数不确定轮式移动机器人的任意轨迹跟踪统一控制问题.通过引入坐标变换、输入变换和辅助动态,将机器人模型转换为合适的形式;进而运用Lyapunov方法和自适应技术设计了一种自适应统一控制器,该控制器可以保证跟踪误差全局一致最终有界,且最终界大小可以通过调整控制器参数而任意调节.仿真结果验证了控制律的有效性.     

轮式移动机器人的位置量测输出反馈轨迹跟踪控制

针对机器人的姿态角难以精确测量的困难,本文研究基于位置测量的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题.首先提出一种利用机器人的位置信息估计其姿态角的降维状态观测器,当机器人的线速度严格大于零时,可保证姿态角观测误差的指数收敛.然后给出一种新的状态反馈轨迹跟踪控制律,当参考轨迹满足一定的激励条件时,可以保证机器人的线速度严格大于零且跟踪误差全局渐近收敛.进一步结合姿态角观测器和状态反馈控制律,得到一种输出反馈轨迹跟踪控制算法.理论分析表明,当参考轨迹满足一定的激励条件时,所提出的输出反馈控制算法可以保证跟踪误差的全局渐近收敛.最后对所提出的姿态角观测器、状态反馈和输出反馈轨迹跟踪控制算法进行了仿真验证,证实了算法的有效性,并且当存在位置测量误差时,所提出的输出反馈轨迹跟踪控制算法仍可以保证机器人对参考轨迹的实际跟踪.     

滑动与打滑条件下的轮式移动机器人自抗扰跟踪控制

针对具有未知的滑动与打滑的轮式移动机器人(WMR),提出了一种基于自抗扰思想的跟踪控制策略.首先建立了滑动与打滑条件下的轮式移动机器人动力学模型.其次,由反步法设计运动学控制器,基于模型设计线性扩张观测器和动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析.最后与积分滑模控制进行了仿真对比,结果表明该控制方法的误差收敛速度更快.观测器能够精确估计滑动与打滑及动力学不确定性对机器人的扰动,提高了轮式移动机器人轨迹跟踪的鲁棒性.     

Robust tracking control of a unicycle-type wheeled mobile manipulator using a hybrid sliding mode fuzzy neural network

This article presents a robust tracking controller for an uncertain mobile manipulator system. A rigid robotic arm is mounted on a wheeled mobile platform whose motion is subject to nonholonomic constraints. The sliding mode control (SMC) method is associated with the fuzzy neural network (FNN) to constitute a robust control scheme to cope with three types of system uncertainties; namely, external disturbances, modelling errors, and strong couplings in between the mobile platform and the onboard arm subsystems. All parameter adjustment rules for the proposed controller are derived from the Lyapunov theory such that the tracking error dynamics and the FNN weighting updates are ensured to be stable with uniform ultimate boundedness (UUB).     

A finite-time approach to formation control of multiple mobile robots with terminal sliding mode

In this study, a new finite-time synchronised approach is developed for multiple mobile robots formation control based on terminal sliding mode control principle and system synchronisation theory. Associated stability analysis is presented to lay a foundation for analytical understanding in generic theoretical aspects and safe operation for real systems. An illustrative example of multiple mobile robots formation control is bench tested to validate the effectiveness of the proposed approach.     

漂浮基空间机器人自适应RBF 网络终端滑模控制

主要研究漂浮基空间机器人对工作空间连续轨迹跟踪控制问题．针对系统动力学模型中非线性项未知，以及参数不确定性和外界扰动无法估计的情况，提出了基于自适应RBF网络终端滑模控制方法．该方法结合了非线性滑动流形与径向基函数特性，利用自适应RBF网络在线学习系统中的不确定性，使得无需精确的动力学模型亦能保证系统在有限时间内快速稳定．根据Lyapunov方法设计的自适应增益保证闭环控制系统具有全局稳定性，并且有效抑制抖振现象．针对6关节空间机器人的轨迹跟踪控制仿真表明，提出的自适应RBF网络终端滑模控制方法能够基于不完整动力学模型实现高精度轨迹跟踪，且误差在有限时间内快速收敛，系统抖振也得到了有效抑制．     

Practical consensus tracking control of multiple nonholonomic wheeled mobile robots in polar coordinates

This paper proposes a sliding‐mode control (SMC) method to achieve practical cooperative consensus tracking for a network of multiple nonholonomic wheeled mobile robots (MNWMRs) with input disturbances. A novel SMC surface under the nonholonomic constraints is first formulated to characterize the network communication interactions among the networked robots under the framework of polar coordinates. A unified distributed consensus tracking strategy is then proposed by systematically combining a position controller and a direction controller. Furthermore, a simple yet general criterion is derived to achieve the desired practical consensus of trajectory tracking and posture stabilization for MNWMRs. In particular, for a specific common consensus trajectory, the complete asymptotic tracking in heading direction can be fully guaranteed when the perfect asymptotic position‐tracking errors are realized. Accordingly, the developed consensus tracking strategy for MNWMRs demonstrates some advantages of control performance including stability, robustness, and effectiveness over the existing control method proposed for their single‐robot counterparts. Some comparative simulation results are given to confirm the effectiveness of the proposed cooperative consensus control method.     

非完整轮式机器人的鲁棒同步编队跟踪及镇定控制

本文研究了受到建模不确定性影响和输入限制的非完整轮式机器人的同步编队跟踪和编队镇定问题.首先,基于领航–跟随策略,确定了编队构型的数学表达形式.其次,通过定义含有辅助控制量的跟踪误差,设计了一种具有统一结构的分布式运动学控制器,可使跟随者实现对复杂期望轨迹的跟踪,包括时变轨迹和固定点等.然后,针对建模不确定性影响和输入限制,基于反步法、模糊控制方法和Lyapunov控制理论,设计了一种饱和动力学控制器,使得系统的闭环跟踪误差全局收敛至零点附近有界领域内.最后,通过对比仿真实验,验证了本文控制方法的有效性.     

基于观测器的轮式移动机器人路径跟踪控制

研究基于状态观测器的轮式移动机器人的路径跟踪控制问题.首先简要回顾了基于状态反馈的移动机器人的路径跟踪控制问题;进而通过适当的状态变换将移动机器人模型转换为合适的形式,并在移动机器人的位置可以测量的情况下设计了一种可保证状态观测误差指数收敛的状态观测器;最后结合状态反馈路径跟踪控制器和所设计的观测器得到了一种基于观测器的路径跟踪控制器,该控制器可以保证移动机器人的运动轨迹指数收敛到期望路径上.仿真结果证实了所提出的基于观测器的路径跟踪控制器的有效性.     

基于引导角的轮式移动机器人轨迹跟踪控制

首先,基于拉格朗日方程建立移动机器人模型;然后,根据侧向误差和角度误差的关系设计引导角,将该引导角作为虚拟输入,结合Backstepping方法设计基于移动机器人运动学模型的轨迹跟踪控制律,并给出参数选取条件;最后,以驱动轮力矩作为控制输入,并考虑到机器人受到的外部扰动,将运动学控制律扩展得到基于动力学模型的控制律.仿真结果表明了所设计控制律的有效性.     

Adaptive sliding mode dynamic controller with integrator in the loop for nonholonomic wheeled mobile robot trajectory tracking

In this paper, novel adaptive sliding mode dynamic controller with integrator in the loop is proposed for nonholonomic wheeled mobile robot (WMR). The modified kinematics controller is used to generate kinematics velocities of WMR which are subsequently used as the input to adaptive dynamic controller. Actuator dynamics are also derived to generate actuator voltage of WMR through torque and velocity vectors. Stability of both kinematics and dynamic controller is presented using Lyapunov stability analysis. The proposed scheme is verified and validated using computer simulations for tracking the desired trajectory of WMR. The performance of proposed scheme is compared with standard backstepping kinematics controller and classical sliding mode control. In addition, the performance is further compared with standard backstepping kinematics controller with adaptive sliding mode controller without integrator. It is shown that the proposed scheme exhibits zero steady state error, fast error convergence and robustness in the presence of continuous disturbances and uncertainties.     

基于滚动时域优化的轮式移动机器人路径跟踪问题研究

轮式移动机器人是典型的非完整约束系统. 本文基于滚动时域控制策略研究轮式移动机器人的路径跟踪问题. 为了既能够保证移动机器人渐近收敛到期望轨迹, 又能够保证在线求解的优化问题的滚动可行性, 参考轨迹 被选为优化问题中的终端等式约束. 仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性.     

轮子纵向打滑条件下的移动机器人自适应跟踪控制

针对纵向滑动参数未知的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题,提出一种自适应跟踪控制策略.利用两个未知参数来描述移动机器人左右轮的纵向打滑程度,建立了产生纵向滑动的差分驱动轮式移动机器人的运动学模型;设计了补偿纵向滑动的自适应非线性反馈控制律;应用 Lyapunov 稳定性理论与 Barbalat 定理证明了闭环系统的稳定性;同时,提出了一种由极点配置方法在线调整控制器增益的方法.仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.     

具有参数不确定性的轮式移动机器人自适应backstepping控制

针对参数不确定的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题,设计自适应跟踪控制器.基于移动机器人的动力学模型,采用backstepping积分方法,通过逐步递推选择适当的Lyapunov函数,设计基于状态反馈的自适应控制器,并进行了相应的稳定性分析.与传统PID控制进行仿真对比,结果表明提出的自适应控制策略能较好地补偿系统参数摄动的影响,提高了移动机器人的轨迹跟踪性能和鲁棒性.     

多关节机器人的神经滑模控制

针对含有建模误差和不确定干扰的多关节机械臂轨迹跟踪控制,提出了一种神经滑模控制方法。该方法采用全局快速终端滑模面保证了系统状态能够在有限时间内到达滑模面和平衡点。采用径向基函数神经网络自适应地补偿系统的建模误差和外界干扰,保证了滑模控制在滑模面的运动。利用李亚普诺夫稳定性判据推导出了控制器的控制律和神经网络的目标函数,通过神经网络的在线学习,削弱了滑模控制的抖振。仿真结果表明了其有效性。     

Adaptive backstepping sliding mode trajectory tracking control for a quad-rotor

A quad-rotor aircraft is an under-actuated,strongly coupled nonlinear system with parameter uncertainty and un-modeled disturbance.In order to make the aircraft track the desired trajectory,a nested double-loops control system is adopted in this paper.A position error proportional-derivative(PD) controller is designed as the outer-loop controller based on the coupling action between rotational and translational movement,and an adaptive backstepping sliding mode control algorithm is used to stabilize the attitude.Finally,both the numerical simulation and prototype experiment are utilized to demonstrate the effectiveness of the proposed control system.     

基于终端滑模的四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

考虑到四旋翼飞行器的传统内外环控制策略依赖时标分离假设,稳定性分析复杂,并且控制参数选取困难的缺点,提出了一种与传统内外环控制策略不同的轨迹跟踪控制器;首先将四旋翼飞行器数学模型进行相应的变换,以分解为高度、偏航角和纵横向三个级联的子系统,再使用终端滑模控制方法设计高度和偏航角子系统的控制器,使两个子系统的状态误差可以在有限时间内收敛到原点,之后基于变量非线性变换设计纵横向子系统的控制器,分析了闭环系统稳定性,证明了所设计的轨迹跟踪控制器可以保证闭环系统跟踪误差渐近稳定到原点,最后仿真实验的结果验证了所设计的控制器的有效性。     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究

针对轮式移动机器人参数摄动和内外部扰动等问题,提出一种新型的基于自适应扩张状态观测器的滑模控制算法。采用自适应虚拟速度控制器估计系统未知参数,滑模控制器抑制参数摄动和内外部扰动,非线性扩张状态观测器观测系统扰动并减小控制输入的抖振,实现了轨迹跟踪误差的快速收敛。利用Lyapunov稳定性理论证明了控制算法的稳定收敛性。将所提算法与传统自适应反演滑模算法进行对比,对比结果表明了所提算法的有效性和鲁棒性。     

串联机器人的双模糊自适应滑模控制

提出了一种串联机器人的改进控制算法。采用一自适应模糊控制器,根据滑模到达条件对滑模切换增益进行估算,消除滑模控制中输出力矩的抖振现象,增强其对不确定性因素的适应能力。采用另一自适应模糊控制器对指数趋近律系数进行修正,改善由于大范围初始位姿产生的偏差而引起的大力矩和速度跳变问题。该方法无需确定被控对象的具体数学模型,具有强鲁棒性和高跟踪精度。基于Lyapunov方法进行了稳定性证明,保证控制系统的稳定性与收敛性。实验结果表明,该方法应用于串联机器人,跟踪效果良好并产生了平滑的力矩输出和速度输出。