基于解耦控制的非完整移动机器人实时轨迹跟踪

本文研究了非完整两轮移动机器人的实时轨迹跟踪问题．首先,在介绍了一般的非线 性系统的输入 输出线性化方法的基础上,并研究了在两轮驱动移动机器人轨迹跟踪中的应 用;然后在研制的非完整两轮驱动移动机器人的实验平台上对该算法进行了实时轨迹跟踪实 验,结果表明了该非线性跟踪控制算法的有效性．     

离轴式拖车移动机器人的反馈镇定

由于离轴式拖车移动机器人的模型不能转化为非完整链式模型, 因而无法采用针对非完整链式模型的控制方法. 针对有多节离轴式拖车的移动机器人, 给出了一种基于时间–状态能控形的反馈镇定控制算法. 首先推导出系统的线性化时间–状态模型, 并证明了其能控性; 进而设计了一种线性切换反馈镇定控制律, 该控制律可以保证系统的状态在有限时间内收敛到原点的任意小邻域内. 仿真结果证实了所提控制算法的有效性.     

含未校准摄像机参数的非完整移动机器人自适应动态反馈跟踪控制

研究基于视觉伺服的不确定非完整移动机器人的跟踪控制问题.基于视觉反馈和状态输入变换,提出一类非完整运动学系统的不确定模型,并运用两个新的变换,对3种不同情况分别设计自适应动态反馈控制器来跟踪不确定系统的期望轨迹.利用李雅普诺夫方法和推广的Barbalat引理,严格证明了误差系统的收敛性.仿真结果验证了所提方法的有效性.     

基于“非伪”理论的非完整移动机器人轨迹跟踪控制

"非伪"控制是一种基于数据驱动的无模型控制方法,它根据输入-输出数据进行在线学习,计算与当前系统状态相匹配的控制量并作用于系统,以获得系统所要求的动静态品质,并以此检验系统是否满足该性能指标.基于"非伪"控制理论,研究了移动机器人的轨迹跟踪控制问题.根据非完整移动机器人的动态方程,采用"非伪"控制,直接作用于移动机器人的控制输入,使移动机器人能快速、准确地跟踪期望轨迹.     

加速度约束条件下的非完整移动机器人运动控制

将移动机器人的运动规划与跟踪控制问题合并在一起,对加速度约束条件下的非完整移动机器人运动控制问题进行研究,提出基于贝塞尔曲线的路径规划方法,以满足机器人的非完整约束．在考虑所受加速度约束的条件下,通过规划机器人状态时问轨线的方法实现了时间最优的轨迹规划．基于控制李亚普诺夫函数推导出了轨迹跟踪的控制律．仿真实验结果表明所提出的算法是有效的．     

具有未校准视觉参数的移动机器人的跟踪控制

基于未校准视觉反馈的非完整运动学系统具有参数不确定性,较一般的运动学系统更加复杂.根据视觉反馈和非完整移动机器人的链式标准形式,研究了具有未标定摄像机视觉参数的移动机器人的轨迹跟踪控制问题.利用固定在天花板上的摄像机系统提出运动学跟踪误差模型,并对该误差系统模型提出了一种动态反馈跟踪控制器;对具有不确定机械参数的动力学模型,提出一种自适应力矩控制器,该控制器保证了实际机器人状态渐近跟踪给定的参考轨迹,并通过Lyapunov方法严格证明了整个闭环系统的稳定性.仿真结果证实了所提出的控制器的有效性.     

不确定非完整移动机器人的轨迹跟踪控制

具有未校准视觉参数的非完整移动机器人的运动学系统具有参数不确定性,较一般的运动学系统更加复杂.基于视觉反馈、Barbalat's定理和Lyapunov直接方法,研究了具有未标定摄像机参数的非完整移动机器人的轨迹跟踪问题.首先,利用固定在天花板上的针孔摄像机透视投影模型,提出了一种新的基于视觉伺服的移动机器人运动学跟踪误差模型;基于这个模型,提出了一种新的与未知视觉参数无关的动态反馈跟踪控制器.该控制器不仅保证系统的状态渐近跟踪给定参考轨迹,而且控制器是全局的,通过Lyapunov方法严格证明了闭环系统的稳定性.在惯性系和图像坐标系下讨论跟踪问题,使问题变的简单且设计的控制器更加有用.最后,仿真结果证实了所提出的控制器的有效性.     

基于扩展卡尔曼滤波的移动机器人变结构线性化复合跟踪控制

研究了移动机器人轨迹跟踪控制问题,通过坐标变换将轨迹跟踪问题转化为误差系统的镇定问题.基于反馈线忡化和变结构控制思想提出一种复合有限时间变结构线性化跟踪控制算法,其首先使误差系统驶向角初始误差伙速收敛到滑模边界层,然后采用连续状态反馈控制律来实现驶向角议差的无抖振快速镇定,同时将原误差系统转化为低阶系统;其次针对低阶系统设计了位置误差的状态反馈控制律,实现了位置误差的有限时间镇定.针对有系统噪声和量测噪声的误差系统,利用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行误差状态估计,并以估计值构成反馈控制律.通过数值仿真验证了控制策略的有效性.     

基于迭代学习控制的移动机器人轨迹跟踪控制

为提高移动机器人对特定轨迹的重复跟踪能力,提出了采用开闭环PD型迭代学习控制算法对移动机器人进行轨迹跟踪控制的方法。建立了包含外界干扰的非完整约束条件下的轮式移动机器人运动学模型,给出了系统的控制算法和控制结构。仿真结果表明,采用开闭环PD型迭代学习控制算法对轨迹跟踪是可行有效的,收敛速度优于其他迭代学习算法。     

具有未知参数的机器人-摄像机系统的自适应动态反馈跟踪控制

研究了不确定非完整移动机器人系统的跟踪问题.首先,基于视觉反馈和状态输入变换,展示了一种非完整移动机器人运动学系统的不确定链式模型.基于反步法思想和跟踪误差系统结构,给出了两个重要的新变换.然后运用李雅普诺夫直接方法和扩展巴巴拉引理设计了自适应控制律和动态反馈鲁棒控制器,以实现理想轨迹的跟踪控制.严格证明了闭环误差系统的渐近收敛性.最后,仿真结果证实了提出的控制策略有效.     

Finite‐time formation control of multiple nonholonomic mobile robots

This paper considers finite‐time formation control problem for a group of nonholonomic mobile robots. The desired formation trajectory is represented by a virtual dynamic leader whose states are available to only a subset of the followers and the followers have only local interaction. First of all, a continuous distributed finite‐time observer is proposed for each follower to estimate the leader's states in a finite time. Then, a continuous distributed cooperative finite‐time tracking control law is designed for each mobile robot. Rigorous proof shows that the group of mobile robots converge to the desired geometric formation pattern in finite time. At the same time, all the robots can track the desired formation trajectory in finite time. Simulation example illustrates the effectiveness of our method. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Finite-time tracking control for multiple non-holonomic mobile robots based on visual servoing

This paper investigates finite-time tracking control problem of multiple non-holonomic mobile robots via visual servoing. It is assumed that the pinhole camera is fixed to the ceiling, and camera parameters are unknown. The desired reference trajectory is represented by a virtual leader whose states are available to only a subset of the followers, and the followers have only interaction. First, the camera-objective visual kinematic model is introduced by utilising the pinhole camera model for each mobile robot. Second, a unified tracking error system between camera-objective visual servoing model and desired reference trajectory is introduced. Third, based on the neighbour rule and by using finite-time control method, continuous distributed cooperative finite-time tracking control laws are designed for each mobile robot with unknown camera parameters, where the communication topology among the multiple mobile robots is assumed to be a directed graph. Rigorous proof shows that the group of mobile robots converges to the desired reference trajectory in finite time. Simulation example illustrates the effectiveness of our method.     

Finite-time stability of cascaded time-varying systems

The uniform global finite-time stability is discussed for a cascaded time-varying system consisting of two uniformly finite-time stable subsystems. It is shown that a forward completeness condition is enough to ensure the uniform global finite-time stability of the system. For ease of reference, a particular result with a growth rate condition is also deduced. These stability results are applied to the tracking control problem of a non-holonomic wheeled mobile robot in kinematic model. Two tracking control laws are developed respectively for two different cases of the desired rotate velocity. Both control laws are continuous and can control the mobile robot to track the desired trajectory in finite time. Simulation results are provided to show the effectiveness of the method.     

基于Lyapunov方法和快速终端滑模的轨迹跟踪控制

针对移动机器人的运动学模型,提出一种具有全局渐近稳定性的跟踪控制器。该跟踪控制器的设计分为两部分：第一部分是采用全局快速终端滑动模态的思想设计了角速度的控制律,用来渐近镇定移动机器人跟踪的前向角误差;第二部分是采用Lyapunov方法设计了线速度的控制律,用来渐近镇定移动机器人跟踪的平面坐标误差。采用Lyapunov稳定性定理,证明了移动机器人在满足这些控制律条件下,实现了对参考轨迹的全局渐近跟踪。实验结果表明移动机器人能够有效地跟踪期望轨迹,有利于在实际应用中推广。     

基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制研究

机器人轨迹节点跟踪比较难,导致机器人实际轨迹偏离期望轨迹,所以设计基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制方法;构建全向移动机器人的运动学数学模型,以此确定机器人移动轨迹数学模型;以移动轨迹数学模型为基础,按照视觉图像划分标准对全向移动机器人运动图像的分割,通过分离目标节点的方式提取运动学特征参量,完成机器人轨迹节点跟踪处理;结合节点跟踪处理结果,将运动学不等式与误差向量作为机器人轨迹跟踪控制的约束条件,利用滑模变结构搭建轨迹跟踪控制模型,实现全向移动机器人轨迹跟踪控制;对比实验结果表明,所设计的方法应用后,全向移动机器人角速度曲线、线速度曲线与期望运动轨迹曲线之间的贴合程度均超过90%,满足全向移动机器人轨迹跟踪控制要求。     

Distributed finite-time trajectory tracking control for multiple nonholonomic mobile robots with uncertainties and external disturbances

This paper investigates the distributed finite-time trajectory tracking control for a group of nonholonomic mobile robots with time-varying unknown parameters and external disturbances. At first, the tracking error system is derived for each mobile robot with the aid of a global invertible transformation, which consists of two subsystems, one is a first-order subsystem and another is a second-order subsystem. Then, the two subsystems are studied respectively, and finite-time disturbance observers are proposed for each robot to estimate the external disturbances. Meanwhile, distributed finite-time tracking controllers are developed for each mobile robot such that all states of each robot can reach the desired value in finite time, where the desired reference value is assumed to be the trajectory of a virtual leader whose information is available to only a subset of the followers, and the followers are assumed to have only local interaction. The effectiveness of the theoretical results is finally illustrated by numerical simulations.     

任意初态下的工业机器人迭代学习控制

对迭代初值为任意值的工业机器人轨迹跟踪控制系统,提出了一种基于滑模面的非线性迭代学习控制算法,使机器人轨迹能快速、精确跟踪上期望轨迹。基于有限时间收敛原理,构建了关于机器人轨迹跟踪误差的迭代滑模面,在滑模面内,机器人轨迹跟踪误差在预定时间内收敛到零。设计了基于滑模面的迭代学习控制算法,理论证明了随着迭代次数的增加,处于任意初态的轨迹将一致收敛到滑模面内,解决了迭代学习中的任意初值问题。数值仿真验证了该算法的有效性和抗干扰能力。     

时滞的非完整动力学系统滑模抗干扰跟踪控制

针对具有外部扰动和时滞的非完整轮式移动机器人系统,本文阐述了一种基于非线性扰动观测器的时滞滑模控制方法.首先,利用扰动观测器估计系统的外部扰动;然后,用极坐标转化移动机器人的姿态,并用计算转矩法对机器人的动力学方程进行反馈线性化.设计带时滞控制的滑模,目的是使移动机器人渐近稳定在期望轨迹上,并有效地减小控制增益的过高估计.最后,利用李雅普诺夫函数建立闭环系统的稳定性.仿真结果表明,该方案具有良好的跟踪精度和鲁棒性.     

Finite‐time tracking control of a nonholonomic mobile robot

In this paper, the finite‐time tracking problem is investigated for a nonholonomic wheeled mobile robot in a fifth‐order dynamic model. We consider the whole tracking error system as a cascaded system. Two continuous global finite‐time stabilizing controllers are designed for a second‐order subsystem and a third‐order subsystem respectively. Then finite‐time stability results for cascaded systems are employed to prove that the closed‐loop system satisfies the finite‐time stability. Thus the closed‐loop system can track the reference trajectory in finite‐time when the desired velocities satisfy some conditions. In particular, we discuss the control gains selection for the third‐order finite‐time controller and give sufficient conditions by using Lyapunov and backstepping techniques. Simulation results demonstrate the effectiveness of our method. Copyright © 2009 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society