非完整移动机器人的轨迹跟踪控制研究

为削弱非移动机器人系统中由滑模控制引起的抖搌现象,提出一种反演设计方案,设计出具有全局渐进稳定的控制器。通过构造中间虚拟控制量和虚拟反馈函数对控制器进行设计,并对稳定性进行分析。满足了移动机器人轨迹跟踪控制要求,且具有设计方法简单,鲁棒性强的特点。仿真试验验证了控制器的正确性和有效性。     

非完整轮试移动机器人的轨迹跟踪滑模控制

由于轮式移动机器人的非完整性质和运动受限性质,它的轨迹跟踪已经成为一类具有挑战性的控制问题.针对一个可以在医院环境中执行护理任务的室内移动机器人-护士助手机器人,提出一种轮式移动机器人的轨迹跟踪滑模控制方法.由移动机器人在极坐标系中的运动学方程出发设计一个滑模控制器,进而提出了一种新的滑模控制方法,解决了在极坐标系中关于运动学的跟踪问题.分析了此方法的稳定性和执行性能,并且通过仿真证明这个控制方法的实际应用的有效性.     

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“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.     

非完整移动机器人的有限时间跟踪控制算法研究

对非完整移动机器人的有限时间轨迹跟踪控制问题进行讨论．与基于非连续状态反馈的传统有限时间控制算法相比，基于连续状态反馈的有限时间控制算法更适合于控制工程应用．利用该连续系统有限时间控制技术，设计一种连续的状态反馈跟踪控制算法．使得对角速度为非零常数的期望轨迹，非完整移动机器人能够实现全局跟踪，并能在有限时间内完全跟踪上期望轨迹．仿真结果表明了该方法的有效性．     

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。     

受非完整约束移动机器人的跟踪控制

讨论受非完整约束移动机器人运动学模型和动力学模型的跟踪控制问题.通过把它们化成统一的标准型,提出了新的动态跟踪控制器.这些控制器具有维数低和没有奇异点的优点.仿真结果表明了所提出控制方法的有效性.     

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。     

非完整移动机器人轨迹跟踪自适应控制器设计

针对轮式移动机器人的非完整运动学模型,将自适应反演控制技术和李亚普诺夫稳定性理论应用于机器人轨迹跟踪控制,设计了具有全局渐近稳定性的自适应轨迹跟踪控制器,并在Matlab环境下实现了移动机器人对直线和椭圆2种轨迹追踪的仿真实验.实验表明:该控制方法在轨迹跟踪控制中有较好的航向跟踪效果,对机器人非完整系统模型的非线性特性...     

Cooperative adaptive consensus tracking for multiple nonholonomic mobile robots

This paper addresses the cooperative adaptive consensus tracking for a group of multiple nonholonomic mobile robots, where the nonholonomic robot model is assumed to be a canonical vehicle having two actuated wheels and one passive wheel. By integrating a kinematic controller and a torque controller for the nonholonomic robotic system, a cooperative adaptive consensus tracking strategy is developed for the uncertain dynamic models using Lyapunov-like analysis in combination with backstepping approach and sliding mode technique. A key feature of the developed adaptive consensus tracking algorithm is the introduction of a directed network topology into the control constraints based on algebraic graph theory to characterise the communication interaction among robots, which plays an important role in realising the cooperative consensus tracking with respect to a specific common reference trajectory. Furthermore, a novel framework is proposed for developing a unified methodology for the convergence analysis of the closed-loop control systems, which can fully ensure the desired adaptive consensus tracking for multiple nonholonomic mobile robots. Subsequently, illustrative examples and numerical simulations are provided to demonstrate and visualise the theoretical results.     

带有未知参数和有界干扰的移动机器人轨迹跟踪控

针对模型参数未知和存在有界干扰的非完整移动机器人的轨迹跟踪控制问题,本文提出了一种鲁棒自适应轨迹跟踪控制器方法.非完整移动机器人的控制难点在于它的运动学系统是欠驱动的.针对这一难点,本文利用横截函数的思想,引入新的辅助控制器,使得非完整移动机器人系统不再是一个欠驱动系统,缩减了控制器设计的难度,进而利用非线性自适应算法和参数映射方法构造李雅谱诺夫函数.通过李雅普诺夫方法设计控制器和参数自适应器,从而使得非完整移动机器人的跟随误差任意小,即可以任意小的误差来跟随任意给定的参考轨迹.仿真结果证明了方法的有效性.     

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.     

基于模糊CMAC的移动机器人轨迹跟踪控制

针对受非完整约束的移动机器人的轨迹跟踪问题,提出了一种基于模糊CMAC的轨迹跟踪控制策略。该策略利用模糊CMAC神经网络逼近移动机器人动力学模型的非线性和不确定,同时与速度误差结合起来构成力矩控制器,并用滑模项来补偿不确定性扰动对系统的影响。李亚普诺夫稳定性定理保证了系统的稳定性和跟踪误差的渐近收敛,仿真结果进一步验证了所提方法的有效性。     

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     

Dynamic adaptive trajectory tracking control of nonholonomic mobile robots using multiple models approach

This paper presents an approach for the trajectory tracking control of nonholonomic wheeled mobile robots (WMR) by combining one of the existing adaptive control methods and multiple identification models. The overall system includes two types of controllers in the control scheme. A kinematic controller developed by using kinematic model produces the required linear and angular velocities of the robot for tracking a reference trajectory. These required velocities are used to calculate the torques using an adaptive dynamic controller with multiple models. The proposed method uses the multiple models of the WMR for the identification of the dynamic parameters and performs switching between the given models. The models used in the identification are identical, except for the initial estimates of the parameters. By using an adaptive dynamic controller with multiple models of the WMR, enhancement in transient response is obtained. Stability analysis of the overall system is given, and simulation results are presented to demonstrate the effective performance of the adaptive control by using multiple models approach.     

Robust finite-time tracking control of nonholonomic mobile robots without velocity measurements

The problem of robust finite-time trajectory tracking of nonholonomic mobile robots with unmeasurable velocities is studied. The contributions of the paper are that: first, in the case that the angular velocity of the mobile robot is unmeasurable, a composite controller including the observer-based partial state feedback control and the disturbance feed-forward compensation is designed, which guarantees that the tracking errors converge to zero in finite time. Second, if the linear velocity as well as the angular velocity of mobile robot is unmeasurable, with a stronger constraint, the finite-time trajectory tracking control of nonholonomic mobile robot is also addressed. Finally, the effectiveness of the proposed control laws is demonstrated by simulation.     

Robust tracking control of nonholonomic dynamic systems with application to the bi-steerable mobile robot

A tracking controller for nonholonomic dynamic systems is proposed which allows global tracking of arbitrary reference trajectories and renders the closed loop system robust with respect to bounded disturbances. The controller is based on [Chwa, D. (2004). Sliding-mode tracking control of nonholonomic wheeled mobile robots in polar coordinates. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 12(4), 637-644] and shows several generalizations and improvements. The control law for tracking of general nonholonomic systems using inverse kinematic models (IKM) and sliding surfaces is stated. Conditions are proven under which robust tracking is achieved for a specific system. Tracking control is applied to the bi-steerable mobile robot, and simulation results are presented.     

非完整移动机器人的复合编队控制

主要研究了非完整自主机器人之间的队形保持和避障问题,提出了一种新的复合编队控制方法,该方法根据机器人的期望位置在其运动约束区域内外的不同,分别以一种灵活的反馈线性化算法和最优近似目标算法来建立控制规则,并提出了编队环境中存在静态障碍物时的队形控制策略,从而实现多机器人的稳定编队控制．该方法降低了传统线性反馈控制对编队初始误差范围的要求,并且解决了非完整机器人编队的避障问题．实验结果表明了该编队控制方法的可行性和有效性．