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专利号: 2024104062227
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于扰动补偿的AGV滑模路径跟踪控制方法,其特征在于,具体包括如下步骤:S1,对AGV进行运动学建模并建立AGV位姿误差模型;

S2,设计一种由状态观测器以及RBF神经网络构成的等效扩张状态观测器ESO;

S3,设计滑模控制器,包括:设计滑模等效控制律和设计改进变速控制律;

S4,基于RBF神经网络估计滑模控制器参数;

步骤S2设计状态观测器具体包括如下步骤:S2.1, 令 , ,将步骤S1.2中的AGV位姿误差模型写成如公式(2)的矩阵形式: (2);

式(2)中 为系统矩阵, 为输入矩阵, 为控制输入, 为非线性项, 为输出矩阵,为 的变化率;

设计的状态观测器为:

(3);

式中, 是状态观测器观测到的状态 的估计值,是状态观测器增益,是非线性项 的估计值;

S2.2,为了估计未知扰动,令 , 作为新的扩张状态,并且使用RBF神经网络进行估计;

取 , ,则式(2)所示的AGV位姿误差模型被扩张为公式(4)的形式:

(4);

式中, 和 将由RBF神经网络估计, 和 代表 和 的变化率;

步骤S2中基于RBF神经网络进行扰动估计具体包括如下步骤:S2.3,RBF神经网络隐含层和输出层之间的权值表示为, 是第 个神经元与输出层之间的连接权值;如果未知扰动 由隐含层节点描述,则使用RBF神经网络对扰动 的逼近表示为:

(5);

式中 是理想权值, 是高斯核函数, 是神经网络输出值和系统扰动的真实值之间的有界逼近误差;

S2.4,使用RBF神经网络对未知扰动 进行估计,未知扰动的估计值 表示为:(6);

式(6)中 是状态观测器的观测值, 是输入为 时的高斯核函数, 是有界逼近误差 的估计值, 是权值 的估计值并且根据式(7)所示的自适应律 进行调整:(7);

式中,是需要设定的正常数, , 代表状态估计误差, 是对称正定矩阵, , 是输入为x时的高斯核函数, 是高斯核函数 的估计值, 是高斯核函数及其估计值之间的误差,令 ,则 的估计值根据自适应律 进行调整:(8);

基于新的扩展状态及式(6)所示的扰动估计值,AGV纵向扰动 和航向角扰动 被表示为:(9);

(10);

其中, 是扩张状态 的估计值, 是扩张状态 的估计值;

将式(9)和式(10)所示的扰动表达式代入式(1)所示的误差模型中,基于观测值的AGV位姿误差模型 表示为:(11);

步骤S3中的滑膜等效控制律设计具体包括如下步骤:S3.1,设计滑模面 :(12);

式中 , , 是正的常数, ,是当前时刻;

对滑模面求微分可得:

(13);

S3.2,根据滑模控制理论,令 并且结合式(11)所示的AGV位姿误差模型,得到等效控制律 : (14);

式中, , , 和 分别是线速度和角速度的等效控制律;

步骤S3中的改进变速控制律的设计具体包括如下步骤:S3.3,传统指数趋近律为:(15);

式中 是指数趋近项, 是等速趋近项;和 是正的设计参数,用于调整趋近律的趋近速度;

S3.4,引入 函数和双曲正切函数设计改进变速趋近律, 函数和双曲正切函数的表达式如下:(16);

式中 , ,是 函数在原点附近的边界层的长度,是非线性因子;

(17);

S3.5,设计的改进变速趋近律 为:(18);

将式(18)所示的改进变速趋近律展开得到:(19);

设计改进变速控制律 为: (20);

式中 和 是式(18)中所述的改进变速趋近律;

基于式(14)和式(20),AGV滑模路径跟踪控制器 为:(21);

步骤S4具体包括如下步骤:S4.1,采用RBF神经网络对滑模控制器中切换控制项的增益系数 进行估计,RBF神经网络的输入向量为滑模面及其导数,即 ,隐含层神经元的个数为6个,则神经网络的输出 为:(22);

S4.2,评价函数 设计为:(23);

式中 是时刻 的速度, 是时刻 的速度;

S4.3,通过基于梯度下降法计算评价函数的负梯度来更新参数:(24);

式中 是第i个权值的更新学习增量,评价函数 和 的关系如下:(25);

S4.4,神经网络学习更新后的权值 表示为:(26);

因此进行参数估计后,控制器(21)被表示为: (27)。

2.根据权利要求1所述的一种基于扰动补偿的AGV滑模路径跟踪控制方法,其特征在于,步骤S1具体包括如下步骤:S1.1,构建AGV运动学模型:首先建立AGV全局坐标系和局部坐标系,根据双轮差速驱动AGV的线速度、角速度和位姿之间的关系建立运动学模型;

S1.2,基于步骤S1.1,根据AGV实际状态与期望状态之间的关系建立位姿误差模型 : (1);

式中 为AGV纵向误差, 为 的变化率, 为横向误差, 为航向角误差, 为 的变化率,和 分别为AGV实际状态下的线速度和角速度, 和 分别为AGV期望状态下的线速度和角速度, 和 分别为纵向扰动和航向角扰动。