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专利号: 2020110097437
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于运动学和动力学模型的轮式移动机器人主动控制方法,其特征在于:基于移动机器人受到模型不确定性和外部扰动的影响,建立移动机器人运动学模型和动力学模型;

根据运动学模型,设计运动学控制器,获取虚拟线速度和角速度;

根据运动学控制器和当前移动机器人的实际位置轨迹,设计降阶广义比例积分观测器I,对速度状态和运动学模型中的集总扰动进行估计,并将集总扰动进行前馈补偿,消除扰动对系统控制性能的影响;

根据虚拟线速度和角速度与机器人实际的线速度和角速度的偏差以及动力学模型,设计动力学控制器,确定移动机器人左、右轮电机的控制转矩;

根据动力学控制器和当前的移动机器人实际速度,设计降阶广义比例积分观测器II,对动力学模型中的集总扰动估计,并进行前馈补偿,消除扰动对系统控制性能的影响;

所述降阶广义比例积分观测器I具体为:

其中, 表示移动机器人在惯性参考坐标系X(i=1)或Y(i=2)轴方向的速度状态估计, 表示运动学模型中的集总扰动估计,λ1i,λ2i,λ3i为观测器的参数,z2i、z3i、z4i均表示中间状态;

所述降阶广义比例积分观测器II为:

其中, 表示动力学模型中的集总扰动估计,L1,L2为观测器的参数,z2ω、z3ω、z2v、z3v均表示中间状态。

2.根据权利要求1所述的基于运动学和动力学模型的轮式移动机器人主动控制方法,其特征在于:所述运动学模型为:其中,x表示在固定参考坐标系X轴方向的位置,y表示在固定参考坐标系Y轴方向的位置,θ表示方向角,u表示线速度,w表示角速度,us,vt,ws分别表示纵向滑动速度,横向滑动速度以及滑动角速度,对所述运动学模型做出变形,可以得到下面的基于微分平坦的运动学模型:其中:

将上式代入所述基于微分平坦的运动学模型中,可得下式:其中,

a1,a2表示所述运动学模型中的集总扰动,和 均表示所述运动学模型的中间项。

3.根据权利要求2所述的基于运动学和动力学模型的轮式移动机器人主动控制方法,其特征在于:所述动力学模型为:其中:d1,d2表示动力学模型中的集总扰动,m表示移动机器人的质量,J表示移动机器人的转动惯量,u1和u2均表示动力学模型的中间项。

4.根据权利要求3所述的基于运动学和动力学模型的轮式移动机器人主动控制方法,其特征在于:所述运动学控制器为:其中: 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, 表示对在固定参考坐标系下X轴方向速度的估计, 表示对在固定参考坐标系下Y轴方向速度的估计, 表示对运动学模型中集总干扰的估计,L1,L0表示控制器的增益。

5.根据权利要求4所述的基于运动学和动力学模型的轮式移动机器人主动控制方法,其特征在于:所述虚拟线速度和角速度的获取方式为:其中:

6.根据权利要求5所述的基于运动学和动力学模型的轮式移动机器人主动控制方法,其特征在于:所述动力学控制器为:其中:k1,k2是控制器的增益, 是对所述动力学模型中的集总扰动的估计,u1和u2均为动力学控制器的中间项。

7.根据权利要求6所述的基于运动学和动力学模型的轮式移动机器人主动控制方法,其特征在于:获取所述移动机器人左、右轮电机的控制转矩具体为:其中:τ1,τ2为左右轮的控制力矩,用来驱动电机产生相应的速度。