非完整移动机器人的反步跟踪控制方法

移动机器人是典型的非完整系统,对其进行运动控制是一个热点且是一项具有挑战性的工作.目前的大部分研究都是基于运动学模型的,而在实际应用中,动力学特性不可忽视.针对轨迹跟踪这一典型控制任务,文中对一种轮式移动机器人进行了动力学建模.利用反步技术,提出了一种控制结构,综合了速度控制器和力矩控制器.该控制律不但能够得到稳定跟踪所需要的速度,而且同时能够计算出驱动移动机器人行进的电机力矩.仿真结果表明,该控制律可以良好地工作.控制结构的通用性保证了其他控制方法拓展的可能性.     

基于神经网络的不确定移动机器人鲁棒自适应跟踪控制

针对含运动学未知参数以及动力学模型不确定的非完整轮式移动机器人轨迹跟踪问题,基于Radical Basis Function(径向基函数)神经网络,提出了一种鲁棒自适应控制器.首先,考虑移动机器人运动学参数未知的情况,提出了一种含自适应参数的运动学控制器,用以补偿参数不确定性导致的系统误差;其次,利用神经网络控制技术,对于机器人在移动中动力学模型不确定问题,提出了一种具有鲁棒性的动力学控制器,使得移动机器人可以在不知道具体动力学模型的情况下跟踪到目标轨迹;最后利用Lyapunov稳定性理论证明了整个系统的稳定性.通过数值仿真验证了所设计的控制器的可行性.     

Adaptive Tracking Control of Nonholonomic Mobile Manipulators Using Recurrent Neural Networks

International Journal of Control, Automation and Systems - The trajectory tracking problem is considered for a class of nonholonomic mobile manipulators in the presence of uncertainties and...     

Neural Network Control of Mobile Robot Formations Using RISE Feedback

In this paper, an asymptotically stable (AS) combined kinematic/torque control law is developed for leader–follower-based formation control using backstepping in order to accommodate the complete dynamics of the robots and the formation, and a neural network (NN) is introduced along with robust integral of the sign of the error feedback to approximate the dynamics of the follower as well as its leader using online weight tuning. It is shown using Lyapunov theory that the errors for the entire formation are AS and that the NN weights are bounded as opposed to uniformly ultimately bounded stability which is typical with most NN controllers. Additionally, the stability of the formation in the presence of obstacles is examined using Lyapunov methods, and by treating other robots in the formation as obstacles, collisions within the formation do not occur. The asymptotic stability of the follower robots as well as the entire formation during an obstacle avoidance maneuver is demonstrated using Lyapunov methods, and numerical results are provided to verify the theoretical conjectures.      

非完整四轮式移动机器人反演轨迹跟踪控制

根据非完整约束的四轮式移动机器人的运动学模型,对其轨迹跟踪控制策略进行了深入研究;采用反演控制的相关理论和方法,设计了移动机器人轨迹跟踪控制策略;该控制策略将系统分解为低阶子系统来进行处理,利用中间虚拟控制量和部分Lyapunov函数简化了控制器设计,并且具有全局渐近稳定性;此外,在控制策略中对相应的控制量设置了阈值,保证了移动机器人运动的平滑性;最后,对所设计控制器的稳定性和平滑性进行了仿真实验,验证了其正确性和有效性。     

非完整约束移动机器人的轨迹跟踪控制

针对非完整约束移动机器人运动学与动力学模型,根据轨迹跟踪控制目标的需要,设计了一种简单的控制器,该控制器结合了运动学控制器设和动力学控制器两部分;针对运动学模型,采用自适应算法对其未知参数进行估计,针对系统动力学模型,采用单层神经网络算法克服未知扰动对系统稳定性的影响,使速度误差尽可能地缩小;在Lyapunov稳定性理论的基础上证明了系统的收敛性和稳定性,该控制算法简单有效,易于实现;仿真结果表明:该控制策略可以实现对移动机器人期望轨迹的稳定跟踪,验证了算法的有效性。     

一种新型的机器人自适应跟踪控制器研究

针对神经动力学模型描述的非完整移动机器人系统,研究了其在未知参数和不确定性干扰下的轨迹跟踪控制问题.基于反演技术提出了一种转矩控制器,利用Lyapunov稳定性理论和中间虚拟控制量保证跟踪误差渐进收敛到零.不但能够得到稳定跟踪所需速度,并且有效解决了不确定非完整移动机器人动力学系统的轨迹跟踪问题,具有设计方法简单,鲁棒性强的特点.仿真结果验证了所设计的控制器的有效性和正确性.     

基于神经动力学的非完整移动机器人跟踪控制

主要研究了非完整移动机器人轨迹跟踪问题。基于后退控制和神经动力学生物激励模型,采用自适应参数调节的方法提出了一种新的跟踪控制器。该控制器能够生成平稳合理的速度,解决了以往大部分跟踪控制器所产生的速度突变问题,并且具有很好的鲁棒性。运用李雅普诺夫稳定性理论证明控制系统的稳定性。对连续、离散轨迹的仿真及与传统后退方法的比较分析验证了该方法的有效性。     

基于自适应反步法的轮式移动机器人跟踪控制

轮式移动机器人是一种典型的非完整约束系统.基于反步法提出一种自适应扩展控制器,对含有未知参数的非完整轮式移动机器人动力学系统进行轨迹跟踪控制并且Lyapunov稳定性理论保证跟踪误差渐近收敛到零.为了克服速度跳变产生滑动,加入了神经动力学模型对控制器进行改进.以两驱动轮移动机器人为例,利用运动学自适应控制器设计出转矩控制器,有效解决了不确定非完整轮式移动机器人动力学系统的轨迹跟踪问题.仿真结果证明该方法的正确性和有效性.     

移动机械手的跟踪控制

讨论一类不确定非完整移动机械手的跟踪控制问题。在系统惯性参数不精确知道的情况下,提出一种鲁棒控制器。为提高跟踪性能,进一步设计出使跟踪误差指数收敛的控制器。计算机仿真验证了所提出控制律的有效性。     

基于Lyapunov稳定性理论的移动机器人轨迹跟踪控制

针对非完整轮式移动机器人的高度强耦合、欠驱动非线性动力学模型,设计了运动学控制器以及动力学力矩控制器,使得移动机器人轨迹能够跟踪理想轨迹。这种方法的实质是首先设计虚拟速度控制器,输出速度的期望值,然后设计基于模型的力矩控制器。最后通过simulink软件对所设计的系统进行仿真,结果表明对于非完整机器人的轨迹跟踪这种控制方法效果较好。     

一类不确定非完整机器人的时变自适应镇定

通过对质心和几何中心不重合情况下两轮驱动移动机器人镇定问题的研究，提出了一种光滑时变控制律，并针对质心和几何中心距离参数未知的情况，利用自适应技术对其进行了修正. 证明了所提出的控制律可使该类型移动机器人的位姿从任意的初始状态指数收敛到原点．仿真试验验证了本文所提出控制律的有效性．     

Adaptive Neuro-fuzzy Network Control for a Mobile Robot

A control structure that makes possible the integration of a kinematic controller and a neuro-fuzzy network (NFN) dynamic controller for mobile robots is presented. A combined kinematic/dynamic control law is developed using backstepping and stability is guaranteed by Lyapunov theory. The NFN controller proposed in this work can deal with unmodeled bounded disturbances and/or unstructured unmodeled dynamic in the mobile robot. On-line NFN parameter tuning algorithms do no require off-line learning yet guarantee small tracking errors and bounded control signals are utilized.     

Adaptive Trajectory Neural Network Tracking Control for Industrial Robot Manipulators with Deadzone Robust Compensator

International Journal of Control, Automation and Systems - This paper proposed a novel adaptive tracking neural network with deadzone robust compensator for Industrial Robot Manipulators (IRMs) to...     

不确定机器人的神经网络轨迹控制

针对不确定机器人的轨迹跟踪问题,提出了一种基于自适应神经网络的控制方案.对于系统中的各种未知非线性,通过RBF神经网络和变结构光滑集成的控制器来自适应学习并且补偿,这种控制器克服了局部泛化网络的不足,提高了控制精度及其收敛速度.而且在考虑神经网络失效的情况下,仍能保证系统具有良好的鲁棒性.网络权重的自适应修正规则基于Lyapunov函数方法得到,它保证了跟踪误差的全局渐进稳定性.试验结果证明了这种控制算法的有效性.     

移动机器人编队的递归模糊神经网络滑模控制

研究非完整移动机器人编队控制优化问题,由于动态模型存在诸多不稳定性,针对领航者-跟随者l-ψ控制结构,提出了一种Back stepping运动学控制器与自适应神经滑模控制器相结合的新型控制策略.采用动态递归模糊神经网络(dynam-ic recurrent fuzzy neural network,DRFNN)对跟随者及领航者动力学非线性不确定部分进行在线估计,并通过自适应鲁棒控制器对神经网络建模误差进行补偿.所提方法不但解决了移动机器人编队控制的参数与非参数不确定性问题,同时也确保了机器人编队在期望队形下对指定轨迹的跟踪;根据Lyapunov方法的设计过程,保证了控制系统的稳定;仿真结果表明了改进方法对机器人编队优化控制的有效性.     

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.     

非完整移动机器人编队的滑模控制

提出了一个非线性滑模控制器,协调一组非完整移动机器人以取得合乎要求的编队．考虑了两个机器人组成的领航者—跟随者机器人模型,通过滑模控制使它们沿预定的轨迹运动并保持预定的相对距离、方位角及运动方向．运用传统的李亚普诺夫理论研究了闭环系统的稳定性．在合理的假设下,从理论上证明了存在有界干扰情形下机器人编队的渐近稳定性,即所设计的滑模控制器使得相对距离误差、方位角误差及运动方向误差渐近稳定．最后,给出了两台机器人情形的数值仿真例子来验证该方法的有效性．     

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．     

Disturbance Observer-Based Trajectory Tracking Control for Nonholonomic Wheeled Mobile Robot Subject to Saturated Velocity Constraint

The problem of trajectory tracking control for a nonholonomic mobile robot is discussed in this study, in which both the dynamic behaviors of disturbance adaptability and the velocity saturation constraint are considered simultaneously. To realize this objective, a double closed-loop control structure is presented. On the outer loop, an improved velocity saturated controller based on hyperbolic tangent function is established; on the inner loop, an integral sliding mode controller, which possesses a fast transient response property with less steady-state error, is developed. In addition, to alleviate the inherent chattering behavior of sliding mode technology and enhance the external disturbance adaptability, an adaptive scheme as a disturbance observer is adopted by which one could estimate the uncertain disturbance acting on the mobile wheels rapidly. Simulation results verify the effectiveness of the proposed control theories.