[发明专利]基于扩张观测器的麦克纳姆四轮移动平台的滑模控制方法

说明书

本发明提供基于扩张观测器的麦克纳姆四轮移动平台的滑模控制方法，属于机器人控制技术领域。本发明首先通过运动学和动力学建模得到麦克纳姆四轮移动平台的动态模型；然后根据步骤一建立的麦克纳姆四轮移动平台的动态模型，确定麦克纳姆四轮移动平台的控制目标；最后设计扩张观测器ESO以及滑模控制器，利用扩张观测器和滑模控制器对麦克纳姆四轮移动平台的直流电机进行输入电压调节，使其达到控制目标。本发明解决了现有麦克纳姆四轮移动平台的控制技术存在轨迹追踪误差较大，鲁棒性较差的问题。本发明可用于麦克纳姆四轮移动平台的控制。

技术领域

本发明涉及麦克纳姆四轮移动平台的控制方法，属于机器人控制技术领域。

背景技术

由于其灵活的运动能力，麦克纳姆四轮移动平台在工业领域中发挥着越来越重要的作用。因此，对麦克纳姆四轮移动平台控制方法的研究已成为机器人领域的一大热点，当前主流的控制方法依旧是传统的PID算法。尽管PID控制算法具有易实施，模型依赖性不强等优点，然而由于在实际工业系统中，麦克纳姆四轮移动平台经常工作在嘈杂，混乱的工作环境中，时常会受到大量的外加干扰和较为严重的自身系统参数不确定性，加之麦克纳姆四轮移动平台是二阶非线性系统，PID算法在实际应用中仍存在稳态误差大，鲁棒性差等问题。

由于在实际生产中，麦克纳姆四轮移动平台的任务一般是沿着预定轨迹运动，因此现有的技术存在轨迹追踪误差较大，受到干扰系统易不稳定等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供基于扩张观测器的麦克纳姆四轮移动平台的滑模控制方法，以解决现有麦克纳姆四轮移动平台的控制技术存在轨迹追踪误差较大，鲁棒性较差的问题。

本发明所述基于扩张观测器的麦克纳姆四轮移动平台的滑模控制方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、建立世界坐标系X_qO_qY_q，麦克纳姆四轮移动平台自身坐标系X_rO_rY_r；通过运动学和动力学建模得到麦克纳姆四轮移动平台的动态模型；

步骤二、根据步骤一建立的麦克纳姆四轮移动平台的动态模型，确定麦克纳姆四轮移动平台的控制目标；

步骤三、根据步骤一和步骤二设计扩张观测器ESO以及滑模控制器，利用扩张观测器和滑模控制器对麦克纳姆四轮移动平台的直流电机进行输入电压调节，使其达到控制目标。

本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：

本发明所涉及的基于扩张观测器的麦克纳姆四轮移动平台的滑模控制方法，包括两部分控制器：扩张观测器(ESO)和滑模控制器。其中扩张观测器在估测传感器不可测的速度信息的同时，通过扩张项估测了外加干扰及系统不确定性的合项，利用扩张观测器所得的速度信息和外加干扰及系统不确定性合项的估计值，滑模控制器对驱动四个麦克纳姆轮的DC电机进行电压调节。基于扩张观测器，滑模控制器能够有效的减小系统的稳态追踪误差，并能降低对外加干扰，系统参数不确定性等的敏感度，即提升了鲁棒性；因此本发明方法不仅能提高麦克纳姆四轮移动平台控制的鲁棒性，而且能减小追踪预定轨迹时的稳态追踪误差，仿真实验表明，发明方法追踪预定轨迹时的稳态追踪误小于10^-3量级，相比PID控制方法，性能约提高39％。

附图说明

图1为本发明中麦克纳姆四轮移动平台的结构示意图；

图2为本发明本所述控制方法的框图；

图3为实施例中麦克纳姆四轮移动平台速度信息的估测误差曲线图；分别表示速度信息的估测误差；Time表示时间；