[发明专利]一种基于干扰观测器的多移动机器人编队鲁棒控制方法

说明书

本发明公开了一种基于干扰观测器的多移动机器人编队鲁棒控制方法，首先建立考虑模型参数摄动及外部扰动等不确定性因素影响情况下的多移动机器人编队控制系统模型；然后依据编队误差动态模型为跟随机器人设计镇定编队误差的辅助速度控制器；最后将辅助速度控制器的输出作为跟随机器人动力学模型的速度给定信号，并在动力学层面设计基于干扰观测器的自适应滑模控制器。本发明控制方法可有效抑制多移动机器人编队系统中总和扰动的不利影响，加快编队系统的响应速度，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，具体是一种基于干扰观测器的多移动机器人编队鲁棒控制方法。

背景技术

相比于单机器人,多机器人系统具有许多潜在的优势，包括很强的柔性、自适应性、鲁棒性，因此，多移动机器人编队控制研究逐渐成为移动机器人的重要研究领域。编队控制是依据编队所要完成的任务，控制一组机器人按照期望的几何形状组成队形并在运动过程中保持该队形。

当前，移动机器人的编队控制方式主要可分为主-从结构法、行为控制法、虚拟结构法，虽然分别针对这三种方式已有相关的研究，但这些研究主要还是集中在编队系统的运动学层面进行研究,对系统动力学层面的研究相对较少。另外，移动机器人在编队控制过程中，不可避免地存在系统参数摄动、负载变化、未知地面摩擦力及外部扰动等不确定性因素的影响，如何有效消除这些不确定性因素的不利影响是多移动机器人编队控制亟需解决的问题。

滑模控制算法由于动态响应速度快，响应性能可根据具体系统灵活设计，且系统一旦进入滑动模态就对参数摄动和外部扰动不敏感等优势，使得其在非线性不确定系统控制领域获得了广泛的应用。作为滑模控制的重要分支，自适应型滑模控制在保持传统滑模控制动态性能的同时能获得更好的控制性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于干扰观测器的多移动机器人编队鲁棒控制方法，以弥补现有多移动机器人编队控制方法的不足。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于干扰观测器的多移动机器人编队鲁棒控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、建立考虑包括模型参数摄动及外部扰动的不确定性因素影响情况下的多移动机器人编队控制系统模型，具体过程如下：

(1.1)、移动机器人前进和旋转运动需要的力矩由安装在同一轴上的两驱动轮提供，前轮仅起支撑作用，移动机器人的运动学方程可描述为：

公式(1)中，x，y和θ分别为移动机器人在全局坐标系中的坐标和方向角，并设方向角逆时针方向为正；u＝[v ω]^T为由移动机器人的线速度和角速度组成的向量，其中v表示线速度，ω表示角速度；

由Lagrange建模方法，移动机器人的动力学方程可描述为

公式(2)中，q＝[x y θ]^T∈R^3×1；为系统正定惯性矩阵，其中，m和I分别表示移动机器人的质量和惯量；C∈R^3×3为系统的离心力和哥氏力矩阵；G∈R^3×1为系统的重力项，对于在平面运动的移动机器人该项为零；为未知地面摩擦项；τ_d∈R^3×1为外部有界扰动项；为控制信号变换阵，其中，r和2L分别表示移动机器人驱动轮的半径和两驱动轮的间距；τ＝[τ_r τ_l]^T∈R^2×1为两驱动轮控制信号向量；为与系统非完整约束有关的矩阵；为Lagrange乘子；

将公式(1)及其及一阶导数代入公式(2)中并左乘S^T(q)可得：