带有未知参数和有界干扰的移动机器人轨迹跟踪控制

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.     

具有未知参数的机器人-摄像机系统的自适应动态反馈跟踪控制

研究了不确定非完整移动机器人系统的跟踪问题.首先,基于视觉反馈和状态输入变换,展示了一种非完整移动机器人运动学系统的不确定链式模型.基于反步法思想和跟踪误差系统结构,给出了两个重要的新变换.然后运用李雅普诺夫直接方法和扩展巴巴拉引理设计了自适应控制律和动态反馈鲁棒控制器,以实现理想轨迹的跟踪控制.严格证明了闭环误差系统的渐近收敛性.最后,仿真结果证实了提出的控制策略有效.     

基于自适应反步法的轮式移动机器人跟踪控制

轮式移动机器人是一种典型的非完整约束系统.基于反步法提出一种自适应扩展控制器,对含有未知参数的非完整轮式移动机器人动力学系统进行轨迹跟踪控制并且Lyapunov稳定性理论保证跟踪误差渐近收敛到零.为了克服速度跳变产生滑动,加入了神经动力学模型对控制器进行改进.以两驱动轮移动机器人为例,利用运动学自适应控制器设计出转矩控制器,有效解决了不确定非完整轮式移动机器人动力学系统的轨迹跟踪问题.仿真结果证明该方法的正确性和有效性.     

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.     

带非三角结构的非线性系统自适应控制设计

针对一类带有非三角结构的不确定非线性系统,研究了其控制设计问题,提出了一种自适应跟踪控制设计方法。通过构造一种新的李雅普诺夫函数,并运用增加幂次积分方法和模糊控制方法,设计得到了一种新型自适应跟踪控制器。控制器只引入了一个参数自适应律,避免了反推设计中的过参数化问题,同时保证了输出跟踪误差可以任意小,且使得闭环系统的所有信号有界。最后,将控制方法应用到单连杆机械臂系统上,通过仿真研究验证了所提控制方案的有效性。     

三轮驱动移动机器人轨迹跟踪控制

针对三轮驱动移动机器人在轨迹跟踪控制过程中运动不平滑的问题,建立了移动机器人在一定运动约束条件下的运动学模型。根据移动机器人位姿误差微分方程的描述,设计了基于后退时变状态反馈方法的移动机器人轨迹跟踪控制器。基于李雅普诺夫方法,对轨迹跟踪控制器的稳定性进行了分析,证明了该控制器能够保证闭环系统全局一致渐进稳定。仿真结果验证了运动学模型的正确性,以及轨迹跟踪控制器的有效性。     

基于Lyapunov稳定性理论的移动机器人轨迹跟踪控制

针对非完整轮式移动机器人的高度强耦合、欠驱动非线性动力学模型,设计了运动学控制器以及动力学力矩控制器,使得移动机器人轨迹能够跟踪理想轨迹。这种方法的实质是首先设计虚拟速度控制器,输出速度的期望值,然后设计基于模型的力矩控制器。最后通过simulink软件对所设计的系统进行仿真,结果表明对于非完整机器人的轨迹跟踪这种控制方法效果较好。     

基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制

针对速度不可测的三自由度欠驱动船舶轨迹跟踪控制问题,考虑船舶存在模型参数不确定项以及外界环境干扰未知情况,提出一种基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制策略.该策略构造扩张观测器估计船舶速度向量,利用神经网络算法逼近模型参数不确定项,然后采用动态面控制技术避免对虚拟控制律直接求导,简化控制律计算过程,并引入低频增益学习技术消除外界扰动导致控制信号产生高频振荡,最后选取李雅普诺夫函数证明该控制律能够保证船舶跟踪闭环系统中所有误差信号一致最终有界.仿真结果表明,本文所设计控制器对船舶模型参数不确定项及外界环境干扰具有较强的鲁棒性,能够实现对船舶轨迹的有效跟踪.     

具有未校准视觉参数的移动机器人的跟踪控制

基于未校准视觉反馈的非完整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.根据视觉反馈和非完整移动机器人的链式标准形式,研究了具有未标定摄像机视觉参数的移动机器人的轨迹跟踪控制问题.利用固定在天花板上的摄像机系统提出运动学跟踪误差模型,并对该误差系统模型提出了一种动态反馈跟踪控制器;对具有不确定机械参数的动力学模型,提出一种自适应力矩控制器,该控制器保证了实际机器人状态渐近跟踪给定的参考轨迹,并通过Lyapunov方法严格证明了整个闭环系统的稳定性.仿真结果证实了所提出的控制器的有效性.     

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。     

非完整移动机器人的神经网络鲁棒自适应控制

在非完整移动机器人轨迹跟踪问题中,针对机器人运动学与动力学模型的参数和非参数不确定性,提出了一种混合神经网络鲁棒自适应轨迹跟踪控制器,该控制器由运动学控制器和动力学控制器两部分组成;其中,采用了参数自适应的径向基神经网络对运动学模型的未知部分进行了建模,并采用权值在线调整的单层神经网络和自适应鲁棒控制项构成了动力学控制器;基于Lyapunov方法的设计过程保证了系统的稳定性和收敛性,仿真结果证明了算法的有效性。     

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...     

基于神经网络的不确定移动机器人鲁棒自适应跟踪控制

针对含运动学未知参数以及动力学模型不确定的非完整轮式移动机器人轨迹跟踪问题,基于Radical Basis Function(径向基函数)神经网络,提出了一种鲁棒自适应控制器.首先,考虑移动机器人运动学参数未知的情况,提出了一种含自适应参数的运动学控制器,用以补偿参数不确定性导致的系统误差;其次,利用神经网络控制技术,对于机器人在移动中动力学模型不确定问题,提出了一种具有鲁棒性的动力学控制器,使得移动机器人可以在不知道具体动力学模型的情况下跟踪到目标轨迹;最后利用Lyapunov稳定性理论证明了整个系统的稳定性.通过数值仿真验证了所设计的控制器的可行性.     

Adaptive sliding mode control for trajectory tracking of nonholonomic mobile robot with uncertain kinematics and dynamics

ABSTRACT

This article designs a novel adaptive trajectory tracking controller for nonholonomic wheeled mobile robot under kinematic and dynamic uncertainties. A new velocity controller, in which kinematic parameter is estimated, produces velocity command of the robot. The designed adaptive sliding mode dynamic controller incorporates an estimator term to compensate for the external disturbances and dynamic uncertainties and a feedback term to improve the closed-loop stability and account for the estimation error of external disturbances. The system stability is analyzed using Lyapunov theory. Computer simulations affirm the robustness of the designed control scheme.     

Adaptive sliding mode dynamic controller with integrator in the loop for nonholonomic wheeled mobile robot trajectory tracking

In this paper, novel adaptive sliding mode dynamic controller with integrator in the loop is proposed for nonholonomic wheeled mobile robot (WMR). The modified kinematics controller is used to generate kinematics velocities of WMR which are subsequently used as the input to adaptive dynamic controller. Actuator dynamics are also derived to generate actuator voltage of WMR through torque and velocity vectors. Stability of both kinematics and dynamic controller is presented using Lyapunov stability analysis. The proposed scheme is verified and validated using computer simulations for tracking the desired trajectory of WMR. The performance of proposed scheme is compared with standard backstepping kinematics controller and classical sliding mode control. In addition, the performance is further compared with standard backstepping kinematics controller with adaptive sliding mode controller without integrator. It is shown that the proposed scheme exhibits zero steady state error, fast error convergence and robustness in the presence of continuous disturbances and uncertainties.     

Robust adaptive trajectory tracking control of underactuated autonomous underwater vehicles with prescribed performance

In this paper, a novel robust adaptive trajectory tracking control scheme with prescribed performance is developed for underactuated autonomous underwater vehicles (AUVs) subject to unknown dynamic parameters and disturbances. A simple error mapping function is proposed in order to guarantee that the trajectory tracking error satisfies the prescribed performance. A novel additional control based on Nussbaum function is proposed to handle the underactuation of AUVs. The compounded uncertain item caused by the unknown dynamic parameters and disturbances is transformed into a linear parametric form with only single unknown parameter called virtual parameter. On the basis of the above, a novel robust adaptive trajectory tracking control law is developed using dynamic surface control technique, where the adaptive law online provides the estimation of the virtual parameter. Strict stability analysis indicates that the designed control law ensures uniform ultimate boundedness of the AUV trajectory tracking closed‐loop control system with prescribed tracking performance. Simulation results on an AUV in two different disturbance cases with dynamic parameter perturbation verify the effectiveness of our adaptive trajectory tracking control scheme.     

Robust adaptive control of nonholonomic mobile robot with parameter and nonparameter uncertainties

This paper considers the tracking-control problem of a nonholonomic wheeled mobile robot with both parameter and nonparameter uncertainties. A robust adaptive controller is proposed with the aid of the adaptive backstepping technique and the learning ability of neural networks. The proposed controller guarantees that the tracking error converges to a small hall containing the origin. The hall's radius can be adjusted by control parameters. The proposed controller is successfully implemented in our simulator.     

Robust adaptive control for mobile manipulators

This paper addresses the trajectory tracking control of a nonholonomic wheeled mobile manipulator with parameter uncertainties and disturbances. The proposed algorithm adopts a robust adaptive control strategy where parametric uncertainties are compensated by adaptive update techniques and the disturbances are suppressed. A kinematic controller is first designed to make the robot follow a desired end-effector and platform trajectories in task space coordinates simultaneously. Then, an adaptive control scheme is proposed, which ensures that the trajectories are accurately tracked even in the presence of external disturbances and uncertainties. The system stability and the convergence of tracking errors to zero are rigorously proven using Lyapunov theory. Simulations results are given to illustrate the effectiveness of the proposed robust adaptive control law in comparison with a sliding mode controller.     

Design and Implementation of an Inverse Dynamics Controller for Uncertain Nonholonomic Robotic Systems

This paper addresses the trajectory tracking control problem of nonholonomic robotic systems in the presence of modeling uncertainties. A tracking controller is proposed such that it combines the inverse dynamics control technique and an adaptive robust PID control strategy to preserve robustness to both parametric and nonparametric uncertainties. A SPR-Lypunov stability analysis demonstrates that tracking errors are uniformly ultimately bounded (UUB) and exponentially converge to a small ball containing the origin. The proposed inverse dynamics tracking controller is successfully applied to a nonholonomic wheeled mobile robot (WMR) and experimental results are presented to validate the effectiveness of the proposed controller.     

具有参数不确定性的轮式移动机器人自适应backstepping控制

针对参数不确定的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题,设计自适应跟踪控制器.基于移动机器人的动力学模型,采用backstepping积分方法,通过逐步递推选择适当的Lyapunov函数,设计基于状态反馈的自适应控制器,并进行了相应的稳定性分析.与传统PID控制进行仿真对比,结果表明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,提高了移动机器人的轨迹跟踪性能和鲁棒性.