基于迭代学习控制的移动机器人轨迹跟踪控制

为提高移动机器人对特定轨迹的重复跟踪能力,提出了采用开闭环PD型迭代学习控制算法对移动机器人进行轨迹跟踪控制的方法。建立了包含外界干扰的非完整约束条件下的轮式移动机器人运动学模型,给出了系统的控制算法和控制结构。仿真结果表明,采用开闭环PD型迭代学习控制算法对轨迹跟踪是可行有效的,收敛速度优于其他迭代学习算法。     

基于惯性测量单元的轮式机器人轨迹跟踪仿真

针对轮式机器人轨迹跟踪质量下降问题,提出基于惯性测量单元(IMU)的轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法.通过两个惯性测量单元(IMU)来建立轮式机器人的速度、角速度计算模型,针对轮式移动机器人执行中的差动命令对轮式机器人实施闭环控制;设计轮式机器人工作轨迹参考量,结合动力学模型提出轮式机器人轨迹跟踪控制器,使轮式机器人可以在指定的轨迹上进行跟踪.实验结果表明,提出的方法能够使轮式移动机器人的轨迹跟踪误差更小,跟踪结果更精准.     

轮式移动机器人固定时间轨迹跟踪控制

针对存在外部干扰的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种固定时间轨迹跟踪控制方案.首先,对于轮式移动机器人的运动学误差模型,基于一种新颖的积分滑模面设计固定时间运动学速度控制器,使跟踪误差在固定时间收敛到原点所在的邻域内;其次,对于轮式移动机器人的动力学模型,设计固定时间干扰观测器对外部干扰信息进行估计,提出一种固定时间轨迹跟踪控制器,以确保动力学系统的固定时间稳定性,实现轮式移动机器人的高精度轨迹跟踪控制;最后,通过仿真结果验证所设计的轨迹跟踪控制方案的有效性.     

受侧滑和滑移影响的移动机器人自抗扰控制

对存在侧滑和滑移干扰问题的轮式移动机器人轨迹跟踪问题进行研究。首先利用移动机器人系统的运动学模型,通过设计其辅助运动学控制器,使得机器人的辅助速度渐近收敛到期望速度;然后利用反步法思想设计了基于动力学模型的一阶线性自抗扰控制（LADRC）,通过扩张状态观测器（ESO）实时估计和补偿机器人运行过程中的侧滑和滑移干扰,使得机器人的实际速度渐近收敛到辅助速度;最终使得移动机器人的轨迹误差渐近趋近于零。通过仿真及实验验证了所设计方法的有效性。     

轮式移动机器人的位置量测输出反馈轨迹跟踪控制

针对机器人的姿态角难以精确测量的困难,本文研究基于位置测量的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题.首先提出一种利用机器人的位置信息估计其姿态角的降维状态观测器,当机器人的线速度严格大于零时,可保证姿态角观测误差的指数收敛.然后给出一种新的状态反馈轨迹跟踪控制律,当参考轨迹满足一定的激励条件时,可以保证机器人的线速度严格大于零且跟踪误差全局渐近收敛.进一步结合姿态角观测器和状态反馈控制律,得到一种输出反馈轨迹跟踪控制算法.理论分析表明,当参考轨迹满足一定的激励条件时,所提出的输出反馈控制算法可以保证跟踪误差的全局渐近收敛.最后对所提出的姿态角观测器、状态反馈和输出反馈轨迹跟踪控制算法进行了仿真验证,证实了算法的有效性,并且当存在位置测量误差时,所提出的输出反馈轨迹跟踪控制算法仍可以保证机器人对参考轨迹的实际跟踪.     

基于Lyapunov直接法差动驱动机器人控制算法研究

对步进电机差动驱动轮式机器人的控制算法进行了研究;通过建立轮式移动机器人的运动学模型,提出了基于Lyapunov直接法的控制算法,考虑到步进电机工作特性,建立轮式移动机器人的动力学模型,引入速度和加速度的限制策略对运动学模型控制算法输出的最大速度和最大加速度作必要的限制,最终生成速度与时间的变化关系能更好地满足实际工况;对所设计的控制算法进行仿真,仿真结果表明控制算法对轨迹误差调节快,在调节过程中不会发生速度突变,能稳定跟踪期望轨迹,在轨迹发生变化时能迅速做出反应;采用基于模型的程序设计方法,将控制算法生成的脉冲数据编译下载到STM32F407微控制器进行实验;控制算法收敛迅速,符合步进电机实际工作特性。     

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.     

基于滚动时域优化的轮式移动机器人路径跟踪问题研究

轮式移动机器人是典型的非完整约束系统. 本文基于滚动时域控制策略研究轮式移动机器人的路径跟踪问题. 为了既能够保证移动机器人渐近收敛到期望轨迹, 又能够保证在线求解的优化问题的滚动可行性, 参考轨迹 被选为优化问题中的终端等式约束. 仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性.     

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.     

基于滚动时域优化的轮式移动机器人路径跟踪问题研究（英文）

轮式移动机器人是典型的非完整约束系统.本文基于滚动时域控制策略研究轮式移动机器人的路径跟踪问题.为了既能够保证移动机器人渐近收敛到期望轨迹,又能够保证在线求解的优化问题的滚动可行性,参考轨迹被选为优化问题中的终端等式约束.仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性.     

Approximation-based adaptive control for a class of mobile robots with unknown skidding and slipping

An adaptive tracking control approach using function approximation technique is proposed for trajectory tracking of Type (2,0) wheeled mobile robots with unknown skidding and slipping in polar coordinates and at the dynamic level. The nonlinear disturbance observer (NDO) is used to estimate a nonlinear disturbance term including unknown skidding and slipping. The adaptive control system is designed via the function approximation technique using neural networks employed to compensate the NDO error. It is proved that all signals of the controlled closed-loop system are uniformly bounded and the point tracking errors converge to an adjustable neighborhood of the origin regardless of large initial tracking errors and unknown skidding and slipping. Simulation results are presented to validate the good tracking performance and robustness of the proposed control system against unknown skidding and slipping.     

Alternative identification of wheeled mobile robots with skidding and slipping

This paper proposes the new identification of dynamics for Type(2,0) wheeled mobile robots(WMRs) in the presence of wheel skidding and slipping. This paper presents dynamics models that explicitly relate perturbations to the vehicle skidding and slipping. They cause parameter uncertainties, input-additive, matched and unmatched perturbations of WMRs. To solve the problem, this paper determines the new identification of dynamics for WMRs with skidding and slipping. The proposed dynamics lay a base for the deployments of various control design techniques to overcome the addressed perturbations. Finally, this paper verifies the tracking performance of the proposed feedback linearization controller for simulation results.     

滑动与打滑条件下的轮式移动机器人自抗扰跟踪控制

针对具有未知的滑动与打滑的轮式移动机器人(WMR),提出了一种基于自抗扰思想的跟踪控制策略.首先建立了滑动与打滑条件下的轮式移动机器人动力学模型.其次,由反步法设计运动学控制器,基于模型设计线性扩张观测器和动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析.最后与积分滑模控制进行了仿真对比,结果表明该控制方法的误差收敛速度更快.观测器能够精确估计滑动与打滑及动力学不确定性对机器人的扰动,提高了轮式移动机器人轨迹跟踪的鲁棒性.     

Modeling and Analysis of Skidding and Slipping in Wheeled Mobile Robots: Control Design Perspective

This paper aims to give a general and unifying presentation on modeling of wheel mobile robots (WMRs) in the presence of wheel skidding and slipping from the perspective of control design. We present kinematic models that explicitly relate perturbations to the vehicle skidding and slipping. Four configurations of mobile robots are considered, and perturbations due to skidding and slipping are categorically classified as input-additive, input multiplicative, and/or matched/unmatched perturbations. Furthermore, we relate the WMR's maneuverability with the vehicle controllability that provides a measure on the WMR ability to track a trajectory in the presence of wheel skidding and slipping. These classifications and formulations lay a base for the deployments of various control design techniques to overcome the addressed perturbations.     

Robust Adaptive Stabilization of Skid Steer Wheeled Mobile Robots Considering Slipping Effects

This paper represents the posture stabilization of a skid steer wheeled mobile robot (SSWMR). Although in mobile robots lateral skidding of the wheels occurs when turning at high speed, wheels of a SSWMR laterally skid in every rotational maneuver even at low speeds. Also, longitudinal slipping for wheeled mobile robots with pneumatic tires is inevitable due to tire deformation. In order to compensate for the effects of tire slippage and parameter uncertainties, an adaptive torque controller is developed based on a tunable dynamic oscillator. The globally uniformly ultimately bounded stability of the system to an arbitrarily small neighborhood of the origin is proved. The internal dynamics stability of the system is guaranteed employing a supervisory fuzzy logic-based controller. To demonstrate the performance of the proposed controller, modeling of a SSWMR was implemented through automatic dynamic analysis of mechanical systems (ADAMS).     

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.     

多移动机器人轨迹跟踪控制系统设计与实现

针对轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题,在分析了机器人运动学模型的基础上,构建多机器人的领航-追随模型;采用跟踪微分器在输入输出两端安排过渡过程,设计了一种基于多变量解耦的非线性PID轨迹跟踪控制器;搭建以Arduino Mega 1280控制板为核心的移动机器人实验平台,采用速度PID控制器以满足机器人驱动电机的实时调速要求,基于ROS提出一种结构化和模块化的多机器人控制系统;在此基础上进行实验,并将实验结果与传统PID方法控制的实验结果进行对比;实验结果验证了文章所提算法的有效性,控制器易于实现且具有一定的鲁棒性。     

Adaptive leader-follower formation control of mobile robots with unknown skidding and slipping effects

This paper investigates an adaptive leader-follower formation control problem of multiple mobile robots in the presence of unknown skidding and slipping. First, we employ the concept of virtual robots to achieve the desired formation and derive the kinematics of the virtual leader and follower robots considering skidding and slipping effects. Then, we design an adaptive formation controller based on a two-dimensional error surface where the adaptive technique is used for compensating the unknown skidding and slipping effects that influence the follower robots. From Lyapunov stability theorem, we show that all errors of the closed-loop system are uniformly ultimately bounded, and thus the desired formation is successfully achieved regardless of the presence of unknown skidding and slipping effects. Simulation results are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed formation control scheme.     

移动机器人的线性自抗扰控制设计与实验验证

为了实现移动机器人的高精度轨迹跟踪控制, 设计了一种基于扩张状态观测器的扰动抑制方法和相应的 实验验证平台. 首先, 考虑到不确定扰动如车轮纵向和侧向滑动对移动机器人系统控制性能的影响, 建立了受扰下 的运动学模型; 然后, 基于扩张后的运动学模型设计了扩张状态观测器来估计系统扰动; 接着, 利用扰动估计构建 了线性自抗扰控制器, 并利用Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 同时, 基于MATLAB/Simulink软件和微控制 器搭建了所推荐控制算法的实验验证平台. 最后, 仿真和实验结果都验证了所提出控制方法的有效性.