考虑参数不确定性的移动机器人轨迹跟踪控制

针对移动机器人系统中轮胎半径和轮胎间距存在的参数不确定性问题,提出自适应轨迹跟踪控制方法.首先,推导适合进行自适应控制器设计的系统误差模型,将原有控制问题转化为不确定参数的自适应更新率和虚拟控制输入的设计问题;然后,针对系统中的不确定性参数,设计自适应更新率对其进行在线估计,并设计虚拟的控制输入,得到移动机器人驱动电机的左右轮转速;其次在Lyapunov稳定性框架下证明闭环跟踪误差系统的渐近稳定性和估计误差系统的稳定性;最后通过仿真和实验表明,所提出方法能够通过在线学习估计出参数真实值,使得实际运行轨迹收敛到参考轨迹,同时表明所提出方法能够抑制系统参数不确定性对控制系统的影响.     

农业轮式移动机器人反演自适应滑模轨迹跟踪控制

为提高农业轮式移动机器人路径跟踪控制的鲁棒性,提出一种基于农业轮式移动机器人反演自适应滑模控制策略。运用反演控制设计其运动学控制律,保证位置跟踪误差渐进收敛到零;根据动力学模型,设计自适应滑模动力学控制律,实现农业轮式移动机器人左右轮平稳的运行;运用李雅普诺夫定理保证闭环系统的最终一致稳定性。仿真实验验证了该方法的有效性和优越性,能够实现正弦型曲线路径跟踪。     

提高轮式移动机器人性能的AKF 和滑模相结合控制方法

针对轮式移动机器人在实际工作中不可避免地受到环境因素影响的问题,采用Sage-Husa自适应卡尔曼滤波对带有白噪声的参考轨迹进行估计,以提高测量信息的真实性;同时在速度控制的基础上,考虑机器人动力学模型及其外界干扰,利用滑模控制思想设计出具有渐近收敛性的力矩反馈控制规律来跟踪滤波后的估计值.仿真结果表明,该控制方法能有效抑制测量噪声和外界干扰的影响,快速跟踪任意参考轨迹.     

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。     

不确定性机器人的自适应跟踪控制

提出了一种自适应控制策略 ,用于不确定性机器人的轨迹跟踪 ,该控制器结构简单 ,且无需计算回归矩阵 ,通过对二自由度的机器人的仿真 ,证明该方法能使跟踪误差快速趋近于零     

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。     

不确定性机器人的自适应跟踪控制

提出了一种自适应的控制策略，用于不确定性机器人的轨迹跟踪，该控制器结构简单，且无需计算回归矩阵，通过对二自由度的机器人的信真，证明该方法能使跟踪误差快速趋近于零。     

轮式移动机器人固定时间轨迹跟踪控制

针对存在外部干扰的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种固定时间轨迹跟踪控制方案.首先,对于轮式移动机器人的运动学误差模型,基于一种新颖的积分滑模面设计固定时间运动学速度控制器,使跟踪误差在固定时间收敛到原点所在的邻域内;其次,对于轮式移动机器人的动力学模型,设计固定时间干扰观测器对外部干扰信息进行估计,提出一种固定时间轨迹跟踪控制器,以确保动力学系统的固定时间稳定性,实现轮式移动机器人的高精度轨迹跟踪控制;最后,通过仿真结果验证所设计的轨迹跟踪控制方案的有效性.     

Robust discontinuous exponential regulation of dynamic nonholonomic wheeled mobile robots with parameter uncertainties

For regulating a dynamic nonholonomic WMR (wheeled mobile robot) with parameter uncertainties, we derive a simple robust discontinuous control law, yielding a global exponential convergence of position and orientation to the desired set point despite parameter uncertainties. The controller design relies on separating the error dynamics into two subsystems, followed by robust feedback control laws to stabilize the subsystems. The effectiveness of the proposed control laws is verified by simulation. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

基于反步法的移动机器人鲁棒跟踪控制

以四轮移动机器人为研究对象,建立了机器人完整的数学模型,包括运动学模型、动力学模型以及驱动电机模型。在机器人数学模型的基础上,采用反步法的思想设计具有全局收敛特性的鲁棒轨迹跟踪控制器,设计中考虑了驱动电机模型使控制器更符合实际控制要求,并将其分解为运动学控制器、动力学控制器以及电机控制器三部分,降低了控制器设计的难度。构造了系统的李雅普诺夫函数,证明了该类型移动机器人在所得控制器作用下,能实现对给定轨迹的全局渐近追踪。仿真实验结果表明基于反步法的控制器是有效的。     

A new adaptive tracking control scheme of wheeled mobile robot without longitudinal velocity measurement

This paper proposes a new adaptive trajectory tracking control scheme of the wheeled mobile robot without longitudinal velocity measurement. First, based on a kinematic controller, we obtain a new tracking error equation, which is suitable to develop an adaptive controller. Then, we develop a new adaptive trajectory tracking controller, which does not need any accurate values of the wheeled mobile robot parameters, including the driving motor parameters. Moreover, as the longitudinal velocity measurement is still difficult, this controller is developed without longitudinal velocity measurement. In addition, this new adaptive controller introduces a method to improve the control performance. The stability of the closed‐loop system is presented using the direct Lyapunov method. Finally, numerous simulations verify the effectiveness of the new controller.     

含有驱动器模型的移动机器人自适应跟踪控制

本文针对包含驱动器模型的移动机器人, 考虑到其在粗糙表面上运动过程中所受的摩擦力以及不可建模的动态的影响, 使用反步设计法(Backstepping)给出了一种自适应跟踪控制策略.其中对于不可建模的动态, 本文使用一种非线性函数对其影响进行抵消,使得机器人的路径跟踪对不确定具有鲁棒性; 对于摩擦力项, 使用径向基神经网络(RBFNN)对其进行逼近, 在控制器中能够根据逼近值给予相应的摩擦力补偿量, 从而使移动机器人比较适合在粗糙度大的路面(如沙地)上进行路径跟踪. 仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

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.     

An uncertainty compensator for robust control of wheeled mobile robots

This paper proposes an uncertainty compensator to design a novel robust control for mobile robots with dynamic and kinematic uncertainties. A novel gradient-based adaptive fuzzy estimator is developed to compensate uncertainties with minimum required feedback signals. As a novelty, the proposed approach uses the tracking error and its first time derivative to form the estimation error of uncertainty, and guarantees that both the estimation error and tracking error converge asymmetrically to ignorable value. Advantages of the proposed robust control are simplicity in design, robustness against uncertainties, guaranteed stability, and good control performance. The control approach is verified by stability analysis. Simulation results and experimental results illustrate the effectiveness of the proposed control. Experimental evaluation of the proposed controller is expressed for two different low-cost nonholonomic wheeled mobile robots. The proposed control design is compared with an adaptive control approach to confirm the superiority of the proposed approach in terms of precision, simplicity of design, and computations.     

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.     

Adaptive sliding mode trajectory tracking control for wheeled mobile robots

This paper discusses the problem of adaptive sliding mode trajectory tracking control for wheeled mobile robots in the presence of external disturbances and inertia uncertainties. A new fast nonsingular terminal sliding mode surface without any constraint is proposed, which not only avoids singularity, but also retains the advantages of sliding mode control. In order to implement the trajectory tracking mission, the error dynamic system is divided into a second-order subsystem and a third-order one. First, an adaptive fast nonsingular terminal sliding mode control law of the angular velocity is constructed for stabilising the second-order subsystem in finite time. Then, another adaptive fast nonsingular terminal sliding mode control law of the linear velocity is designed to guarantee the stability of the third-order subsystem. Finally, a simulation example is provided to demonstrate the validity of the proposed control scheme.     

基于滤波反演法的参数不确定自动引导车的运动控制

针对参数不确定的自动引导车的运动控制问题,应用Backstepping方法设计自适应控制器,并运用Lyapunov稳定性理论与Barbalat定理证明了系统的稳定性;同时利用进化规划算法优化控制器参数,通过跟踪微分器对输入信号与虚拟控制信号进行滤波处理并提取微分信号,避免了对虚拟控制信号的解析求导,简化了控制器的设计过程。与传统PID控制的对比仿真结果表明,所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,提高了自动引导车的轨迹跟踪性能和鲁棒性。