[发明专利]移动机器人自适应积分滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制方法，具体步骤如下：建立考虑执行器饱和补偿的移动机器人跟踪控制系统模型；设计辅助速度控制器；设计扩张状态观测器；设计考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制器。本发明在保证系统跟踪误差快速稳定收敛的同时，还可减弱系统抖振幅度，提高系统的稳定性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及机器人控制方法领域，具体是一种考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制方法。

背景技术

近些年来由于移动机器人在工厂自动化、物流行业、智能家居、太空探索等领域的广泛应用，人们对其跟踪控制问题的研究引起了极大的兴趣。但由于移动机器人系统本身具有多变量、非线性和强耦合等特点，常规的控制方法很难满足其高精度的控制要求。另外，在移动机器人实际控制过程中会受到系统自身参数摄动、外部环境干扰以及执行器饱和输入约束等问题的影响，尤其是执行器饱和输入约束问题不仅会影响系统的控制精度，严重时可导致系统的不稳定。因此，在设计控制器时需要补偿执行器饱和输入约束和系统不确定性因素对系统控制精度的不利影响。

然而，目前对移动机器人跟踪控制问题的研究多数只考虑系统内外部扰动因素对系统控制性能的影响，在设计控制器时主要是考虑如何消除这些扰动对系统控制性能的不利影响而进行的。在移动机器人的实际控制过程中，执行机构的饱和问题通常是不开避免的。当控制器输出的控制信号大于执行机构所能提供的最大值时，控制饱和问题就发生了，如不进行有效处理可能导致整个控制系统失稳。因此，研究同时考虑移动机器人执行器饱和输入约束和系统内外部扰动因素等问题影响下的跟踪控制问题具有非常重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种移动机器人自适应积分滑模控制方法，以解决现有技术移动机器人在存在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下的高性能跟踪控制问题

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

移动机器人自适应积分滑模控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、建立考虑执行器饱和补偿的移动机器人跟踪控制系统模型，具体过程如下：

(1.1)、轮式移动机器人的运动学和动力学模型可表示为

式中，q＝[x y θ]^T∈R³表示移动机器人的位姿矢量，其中[x y]为移动机器人的参考点在坐标系中的坐标，θ为移动机器人的方向角；η＝[υ ω]^T∈R²表示机器人的速度矢量，由移动机器人的线速度和角速度组成，其中υ为线速度，ω为角速度；M(q)∈R^3×3表示正定惯性矩阵；表示离心力和哥氏力矩阵；G(q)∈R³表示系统的重力项，对于在平面运动的移动机器人该项为零；τ_d∈R³表示系统未知有界扰动；B(q)∈R^3×2为输入力矩变换阵；τ＝[τ₁ τ₂]^T∈R²表示系统输入力矩矢量；A^T(q)∈R^3×2表示与系统非完整约束有关的矩阵；μ∈R²表示约束力矢量；

由式(1)可得：

将式(3)代入式(2)中并左乘D^T可得：

由于D^TA^T(q)＝0，则式(4)可表示为：

式(5)中，