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专利号: 2020108643724
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种轨迹跟踪控制方法,其特征在于:根据微分平坦理论改写两轮差速移动机器人的运动模型,得到基于微分平坦理论的运动学模型;

基于微分平坦理论的运动学模型,设计降阶广义比例积分观测器,获得时变扰动和速度的估计;

根据时变扰动与速度的估计,结合两轮差速移动机器人的测量位置以及给定的参考轨迹获取轨迹跟踪控制器的输出控制量,将输出控制量经过变换,作用于所述的两轮差速移动机器人的运动学模型;

所述降阶广义比例积分观测器的设计方法为:基于所述基于微分平坦理论的运动学模型,定义以下状态变量:根据状态变量,得到以下状态空间的形式:基于上式,设计降阶广义比例积分观测器,如下所示:定义下列变量:

进一步可以得到:

各个状态可以按照下列方式得到:

其中: 表示两轮差速移动机器人在i=1时在惯性坐标系X轴方向的速度估计,在i=2时在惯性坐标系Y轴方向的速度估计; 表示时变扰动的估计, 表示时变扰动的一阶导数的估计,λ1i、λ2i、λ3i为观测器的系数;

所述λ1i、λ2i、λ3i的取值须使得下式的根全部落在复平面的左半平面,

3 2

p(s)=s+λ1is+λ2is+λ3i;

所述用于轨迹跟踪控制的输出控制量的设计方法具体为:将所述时变扰动的估计和速度估计代入下式中,获取u1和u2;

将所述u1和u2代入下式,经过变换,获得实际作用到系统的控制输入,其中, ex=xmes‑xr,ey=ymes‑yr, 表示给定参考轨迹的二阶导数, 表示给定参考轨迹的一阶导数,xr,yr表示给定参考轨迹,xmes,ymes表示当前时刻测得的两轮差速移动机器人的位置,φmes,vmes表示当前时刻测得的两轮差速移动机器人*的线速度与角速度,L1,L0为控制律的增益, ω为实际作用到系统的控制输入。

2.根据权利要求1所述的轨迹跟踪控制方法,其特征在于:所述两轮差速移动机器人的运动模型为:其中:x表示在惯性参考坐标系X轴方向的位置,y表示在惯性参考坐标系Y轴方向的位置,φ表示两轮差速移动机器人机体坐标系相对于惯性参考坐标的方向角,v表示两轮差速移动机器人的线速度,ω表示两轮差速移动机器人的角速度,vs、vt、ωs分别表示两轮差速移动机器人纵向滑动速度,横向滑动速度以及滑动角速度。

3.根据权利要求2所述的轨迹跟踪控制方法,其特征在于:所述基于微分平坦理论的运动学模型为:其中

定义平坦输出变量为:

其中,a1、a2为系统收到的集中扰动;

u1、u2为中间项。

4.根据权利要求3所述的轨迹跟踪控制方法,其特征在于:所述L1,L0的取值使得下式的根全部落在复平面的左半平面,2

p(s)=s+L1s+L0。

5.基于权利要求1‑4任一所述的轨迹跟踪控制方法的轨迹跟踪控制系统,其特征在于:包括

传感器,用于测得当前时刻两轮差速移动机器人在惯性坐标系下X轴方向的位置、坐标系下Y轴方向的位置、线速度和方向角;

降阶广义比例积分观测器模块,用于输出速度估计和时变扰动估计;

位置控制模块,接收速度估计和时变扰动估计,输出u1和u2;

输入变换模块,接收u1和u2,输出实际作用到系统的控制输入。

6.一种两轮差速移动机器人,其特征在于:集成有如权利要求5所述的轨迹跟踪控制系统。