非完整约束AGV轨迹跟踪的非线性预测控制
非完整移动机器人轨迹跟踪自适应控制器设计
１０４ 传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） ２０１１年第３Ｏ卷第５期
非完整移动机器人轨迹跟踪自适应控制器设计 李会来，李小民，陈静华 （军械工程学院光学与电子工程系，河北石家庄０５０００３） 摘要：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表现出良好的有效性和自适应性。 关键词：移动机器人；非完整系统；自适应控制；反演 中图分类号：ＴＰ ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－９７８７（２０１１）０５－０１０４－０３ Ｄｅｓｉｇｎ ０ｆ ａｄａｐｔｉｖｅ ｔｒａｊ ｅｃｔｏｒｙ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ ｎ０ｎｎ０ｌ０ｎ０ｍｌＣ ｍ０ Ｄｌｉｅ ｒｏ Ｄｏｔｓ＂ｌｌ １ ● １ ●● １ ＬＩ Ｈｕｉ—ｌａｉ，ＬＩ Ｘｉａｏ—ｍｉｎ，ＣＨＥＮ Ｊｉｎｇ—ｈｕａ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｎｏｎｈｏｌｏｎｏｍｉｃ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔｓ，ａｄａｐｔｉｖｅ ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｌｙａｐｕｎｏｖ’Ｓ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｔｈｅｏｒｙ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔＯ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ｇｌｏｂａｌ ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｉｎｅａｒ ａｎｄ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｕｎｄｅｒ Ｍａｔｌａｂ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ａｎｄ ｗｅｌｌ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｎｏｎｈｏｌｏｎｏｍｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ；ｎｏｎｈｏｌｏｎｏｍｉｃ ｓｙｓｔｅｒｍ；ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ ０引 言 在轮式机器人运动控制理论中，一般假设车轮与地面 为点接触，并且，接触点处只有纯滚动而不发生相对滑动 （包括侧向和纵向滑动）。这种理想的约束本质上是一种 非完整约束，使得理想约束条件下的轮式机器人成为非完 整系统的典型实例 Ｊ。由于机器人非完整特性，机器人 不满足Ｂｒｏｃｋｅｔｔ的光滑镇定条件，非完整系统不存在将系 统镇定到非奇异位形的光滑时不变静态状态反馈控制律。 这样，非完整系统镇定控制律的可能形式受到了本质的约 束，经典线性系统理论中许多成熟结果无法直接应用于非 完整系统的镇定控制，必须寻找新的方法来解决这个问题。 反演（Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ）控制是一种成熟的鲁棒控制方法， 其算法简单，抗干扰性能好，系统响应速度快，在非完整系 统控制中得到广泛应用 Ｊ。本文针对含有未知参数的非 完整移动机器人运动学模型，基于Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ时变状态 反馈方法和Ｌｙａｐｕｎｏｖ理论提出了轨迹跟踪控制器，讨论了 收稿日期：２０１０－０９－０４ 两驱动后轮角速度为控制输入的移动机器人轨迹跟踪问 题，构造了具有全局渐近稳定的自适应轨迹跟踪控制器，实 现对预定轨迹的全局渐近跟踪，并在Ｍａｆｌａｂ环境下验证了 其有效性和正确性。 １移动机器人跟踪问题模型 图ｌ为机器人移动模型 ，机器人在二维空间运动其 状态由两驱动轮的中点在坐标系的位置与方位角来标示。 Ｒ为车轮直径，两轮之间距离为２６。点Ｐ（ｋ）代表机器人的 当前位置，Ｐ（ｋ）在广义坐标中定义为［％（ｋ），ｙ。（ｋ）， （ｋ）］， （ｋ）和 （ ）为直角坐标系下Ｐ（ｋ）的坐标， （ ） 为机器人的方位角，即前进方向和 轴正方向的夹角。移 动机器人受不完全约束的影响而只能在驱动轮轴的方向运 动，点Ｐ（ｋ）的线速度和角速度定义为 （ｋ）和∞ （ｋ）。 当不考虑车轮的滑动时，双后轮差速驱动移动机器人
基于扰动观测器的轮式移动机器人滚动时域路径跟踪控制
第
51卷第
3期
2021年
5月吉林大学学报（工
学版）
Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition)Vol. 51 No. 3
May 2021
基于扰动观测器的轮式移动机器人
滚动时域路径跟踪控制
于树友“2,常欢2,孟凌宇2,郭洋2,曲婷1
(1.吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，长春130022;2.吉林大学通信工程学院，长春130022)
摘要：轮式移动机器人路径跟踪控制问题中通常存在状态约束和输入约束，并且系统运行时
容易受到外部扰动的影响。本文基于非线性扰动观测器提出了一种轮式移动机器人滚动时域
路径跟踪控制策略。当没有外部扰动作用于系统时，滚动时域控制算法可以满足控制约束和
状态约束，并且使得轮式移动机器人跟踪期望的轨迹；当存在外部干扰，尤其是慢变扰动时，非
线性扰动观测器能够估计扰动，并通过反馈补偿扰动对轮式移动机器人移动轨迹的影响。仿
真结果表明，在外部干扰存在的情况下该控制策略能够保证移动机器人渐近跟踪期望路径。
关键词：自动控制技术；轮式移动机器人；路径跟踪问题；扰动观测器；滚动时域控制
中图分类号：
TP273 文献标志码
：A 文章编号：1671-5497(2021)03-1097-09
DOI： 10. 13229/
j.
cnki.
jdxbgxb20200065
Disturbance observer based moving horizon control for path
following problems of wheeled mobile robots
YU
Shu-
you12,CHANG
Huan2,MENG
Ling-
yu2,GUO
Yangz,QU
Ting1
(1.
State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control ^ Jilin UniversityChangchun 130022,
非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制研究的开题报告
非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制研究的开题报告
一、研究背景和意义
随着机器人技术的日益发展，机器人已经广泛应用于生产制造、军事、医疗卫生、服务业等领域中。其中，移动机器人是最为常见的一类机器人，其可以在各种环境下完成特定任务和操作。
非完整移动机器人是一类具有特殊运动特性的机器人，它的运动学和动力学模型比较复杂。因此，对于非完整移动机器人的轨迹跟踪控制研究一直是机器人领域的热门研究方向之一。
本研究旨在基于自适应滑模控制理论，设计一种稳定可靠的非完整移动机器人轨迹跟踪控制方法，为机器人在实际环境中的运动轨迹精准跟踪提供理论和方法支持。
二、研究内容和方法
本研究主要包括以下内容：
1.分析非完整移动机器人的运动学和动力学模型，建立机器人的控制模型和状态空间方程。
2.设计自适应滑模控制器，并将其引入到非完整移动机器人的轨迹跟踪控制中，实现对机器人运动状态的精确控制。
3.采用仿真实验的方法，对所设计的非完整移动机器人自适应滑模轨迹跟踪控制方法进行验证和评估。
三、预期成果和意义
1.通过本研究，能够设计出一种更加稳定、可靠的非完整移动机器人轨迹跟踪控制方法，提高机器人在实际环境中的运动轨迹跟踪精度。
2.通过采用自适应滑模控制器，能够实现对非完整移动机器人的自适应控制和参数优化，提高机器人的运动能力和控制精度。
3.通过仿真实验验证和评估，验证所设计的非完整移动机器人自适应滑模轨迹跟踪控制方法的可行性和有效性。 4.该研究的成果可应用于非完整移动机器人的各种应用场景中，提高机器人的运动性能和应用价值。
非完整轮式移动机器人反演滑模轨迹跟踪控制器设计
非完整轮式移动机器人反演滑模轨迹跟踪控制器设计
杨敏;梅劲松;廖里程
【摘 要】For tracking the trajectory of wheeled mobile robots, a
backstepping-based sliding-mode control scheme is presented. An
equivalent control law is obtained by using Pl-type sliding surface and a
switching control law is gotten by replacing sign function by variable rate
function. The stability of the system is proved by Lyapunov theory.
Simulation results show the effectiveness and cor-rectness of the proposed
method and the improvement of the chattering phenomenon in the
system. Even though external disturb-ances exist, the proposed approach
is of a satisfactory control quality.%针对轮式移动机器人的轨迹跟踪问题，提出了一种反演滑模控制方法。采用PI型滑模面设计等效控制律，利用变速函数代替了符号函数得到切换控制律，并利用Lypunov定理证明了系统的稳定性。仿真结果表明了该方法的有效性和正确性，控制中出现的抖振现象得到改善，在外界干扰影响下，也具有良好的控制品质。
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2015(000)005
【总页数】4页(P152-154,196)
轮式移动机器人轨迹跟踪控制的特点与方法
数控技术 蛳 ＼ 竺技术
‘Ｉ与应用
轮式移动机器人轨迹跟踪控制的特点与方法
张元良 （机械工程学院淮海工学院江苏连云港２２２００５）
摘要：基于传感器的轮式移动机器人已经被广泛地应用于制造、服务、农业、探测等多种领域中。轮式移动机器人的控制问题得到了广泛
的关注。轨迹跟踪控制是轮式移动机器人控制的基本问题之一。由于具有非完整条件约束、机器人系统自身的严重的非线性特性、以及控制系
统自身的不确定因素和存在各种内部与外部的干扰等使得轮式移动机器人的轨迹跟踪控制非常的困难。本文主要论述了轮式移动机器人轨迹跟
踪控制的难点，并且结合这些难点介绍了轨迹跟踪控制的一般方法。最后指出了轮式移动机器人轨迹跟踪控制中存在的一些问题。
关键词：轮式移动机器人运动学轨迹跟踪控制动力学轨迹跟踪控制控制方法
中图分类号：ＴＰ２４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１６（２０１ １１Ｉ１—００１８－０２
１、前言
由于具有操作快捷、控制简单，并且节省能量等特点，轮式移动
机器人成为了用途最广泛的一类移动机器人。近些年来对轮式移动
机器人的研究越来越得到关注。轮式移动机器人控制的两个主要问
题是：轨迹跟踪控制和点稳定控制。虽然点稳定控制问题在理论上
很难解决，但是在实践中的应用并不广泛。轮式移动机器人的控制
算法通常是在一个预先设定好的无障碍的路径的基础上工作的。因
此，在实际上轨迹跟踪控制问题得到了广泛的关注。移动机器人的
轨迹跟踪控制问题是控制机器人跟踪一个给定的、时变的轨迹。一
般来说，其目的是使机器人能够在每一个采样周期上以特定的姿态
达到预定的点。
在非完整轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题中，基于机器人
系统是由运动学模型还是动力学模型所表达，而被分为运动学轨迹
跟踪控制问题和动力学轨迹跟踪控制问题。对于运动学轨迹跟踪控
制问题，机器人系统是用运动学模型表达的，相对来说控制器的设
计和结构比较简单。而动力学轨迹跟踪控制更能够接近实际情况。
跟踪问题中的非线性鲁棒预测控制器
Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｕｇｕｓｔ ２０１３，Ｖｏｌｕｍｅ ３，Ｉｓｓｕｅ ４，ＰＰ．２９５—３００
Ｒｏｂｕｓｔ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｍｏｄｅｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ＣＯｎｔｒｏｉｌｅｒ ｉｎ
Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｐｒｏｂ ｌｅｍ
Ｙａｆｅｎｇ Ｗａｎｇｔ，Ｒｏｎｇｃｈａｎｇ Ｇｏｎｇ，Ｋｅｊｕｎ Ｌｏｎｇ Ｔｈｅ Ａｖｉａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａ ｏｆｆｉｃｅ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｂｕｒｅａｕ ｏｆｎａｖａｌ ｇｅｎｅｒａｌ ａｒｍａｍｅｎｔｓ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ａｎｓｈｕｎ ５６１０１８，Ｃｈｉｎａ ＊Ｅｍａｉｌ：ｗｙｆｙｘｙ＠，ｓｉｎａ．ｃｏｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｒｏｕｇｈｌｙ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｗａｓ ｒｅｐｌａｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｉｎｓｔａｎｔ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔＯ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｓｔａｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｍｏｄｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔ ｍｏｄｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｏｄｅｌ
ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｗａｓ ａｎａｌｙｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ．ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ廿１ｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｏｄｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴｒａｃｋｉｎｇＰｒｏｂｌｅｍ；ＮｏｎｌｉｎｅａｒＳｙｓｔｅｍ；ＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ
非完整移动机器人轨迹跟踪自适应控制器设计 2
非完整移动机器人轨迹跟踪自适应控制器设计
李会来;李小民;陈静华
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2011(030)005
【摘 要】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表现出良好的有效性和自适应性.%To deal
with the model of nonholonomic kinematics for mobile robots, adaptive
backstepping control and Lyapunov's stability theory are applied to the
robot trajectory tracking control,an adaptive trajectory tracking controller
with global asymptotic stability are designed. The simulation experiment of
tracking linear and elliptical trajectory under the proposed controller for
mobile robot is performed under Matlab environment. The result shows
that this control method has better navigational tracking effect as well as
good effectiveness and well adaptability to the nonlinear characteristic of
带非线性观测器的船舶路径跟踪预测控制
第38卷第9期计算机仿真
2021年9月
文章编号:1006 - 9348(2021 )09 - 0409 - 05
带非线性观测器的船舶路径跟踪预测控制
李宗宣，卜仁祥，于稼铭
(大连海事大学航海学院，辽宁大连116026)
摘要:针对船舶路径跟踪中存在的舵角需优化、舵幅与舵速受约束问题，提出了模型预测控制算法（
MPC)。为提高预测值
的准确性，将高精度船舶分离模型（
MMG)作为
MPC的预测模型。针对模型不确定项和外界干扰问题，设计非线性观测器
对其进行逼近并补偿。仿真表明，所设计的控制器使船在风浪流时变干扰下仍能准确地跟踪上参考路径，且舵角变化小而
平滑，说明了所提
MPC算法的有效性。
关键词•.船舶运动控制;模型预测控制;船舶路径跟踪;非线性观测器
中图分类号:TP391.9;
U664.82
文献标识码：B
Path Following of Ships Based on the Predictive Model
Control with Nonlinear Observer
LI Zong - xuan, BU Ren - xiang, YU Jia - ming
(Navigation College,Dalian Maritime University,Dalian Liaoning 116026,China)
ABSTRACT
： To solve the problems of rudder angle optimization, rudder amplitude or rate constraints, a model pre
dictive control method ( MPC) is presented. And the accurate mathematical model group( MMG) model was employed
as the internal model to promote predictive accuracy. Moreover, the model uncertainties and external disturbances
基于PLC的磁导航AGV路径跟踪模糊控制研究
《装备制造技术》2018年第07期0前言自动引导小车AGV（automatedguidedvehicle），是现代物流系统中的重要成员[1]，它具有自动化集成度高、柔性好、可靠性高、自动导航运行、安装便利及使用方便等特点[2]。AGV的导航方式众多，包括视觉导航、GPS导航、激光导航、磁带导引[3]。其中磁带导引由于实现简单，造价便宜，抗干扰能力强在工程领域应用最广。磁导航AGV的控制方法较常用的即传统的PID控制，文献[4]用双磁导引方式得出AGV的位置偏差和角度偏差然后用pid算法实现车速的控制，但由于AGV本身的非完整约束特性和非线性加上传感器精度不够[5]，传统的控制方法控制效果不佳且实现复杂，在以PLC为核心的控制系统上很难实现。故本文采用模糊控制方法进行AGV路径跟踪控制。1AGV总体结构和控制系统组成本文设计的磁导航AGV由本体结构、电气控制单元和传感器检测单元三部分组成，其总体结构如图1所示。AGV本体结构为六轮式结构，由位于车体中部驱动单元的两驱动轮和前后四个万向轮组成。两驱动轮由两个步进电机通过差速驱动实现AGV直行、转向、避障等运动。电控单元中采用西门子S7-200系列PLCCPU224XP作为主控制器，用PTO脉冲输出方式完成AGV加速启动和减速停止时的步进电机控制，PWM脉冲输出方式完成轨迹跟踪时的电机控制。传感器检测单元由用于磁条路径检测的磁传感器和用于避障的超声波传感器和接触式防撞传感器组成，其中磁传感器为AGV的“眼睛”，通过读取磁条获取小车位置和偏移状态信息，主控制单元通过对其所得到的信息进行分析，得到不同偏移状态时的电机控制量，从而达到对AGV准确控制的目的。2AGV循迹模糊控制器2.1AGV循迹模糊控制器结构和模糊化本文设计的模糊控制器为单输入-单输出（SISO）二维结构形式模糊控制器。位置偏差e和位基于PLC的磁导航AGV路径跟踪模糊控制研究林义忠，张勤，望翔（广西大学机械工程学院，广西南宁530004）摘要：由于AGV具有非线性和非完整约束特性，导致很难对其建立精确的数学模型，用传统的控制方法进行控制会产生严重的滞后，造成轨迹跟踪时会产生较大的偏差且不能及时纠正，对AGV导航精度造成很大影响。而模糊控制是一种非线性控制方法，可以有效改善这种情况。设计了用于AGV路径跟踪的模糊控制器，并阐述了此模糊控制器在西门子PLC上的实现方法。经现场实测，运用此模糊控制器的AGV有良好的导航精度，纠偏迅速。关键词：磁导航AGV；模糊控制；PLC；路径跟踪中图分类号：TP273.4文献标识码：A文章编号：1672-545X（2018）07-0207-04
力矩受限的非完整WMR镇定与轨迹跟踪统一预测控制
第２７卷第３期 ２０１０年６月 吉 林 化 工 学 院 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＪＩＬＩＮ ＩＮＳ ＦＩＴＵＴＥ ＯＦ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖ０Ｊ．２７ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ。２ＯｌＯ 文章编号：１００７－２８５３（２０１０）０３－００３０－０４ 力矩受限的非完整ＷＭ Ｒ镇定 与轨迹跟踪统一预测控制 韩光信，高兴泉 （吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林１３２０２２） 摘要：针对动力学模型描述的非完整轮式移动机器人，研究了存在控制输入约束情况下的镇定及轨迹 跟踪统一预测控制问题．基于控制Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数，设计了满足稳定性条件及输入约束的终端控制器，给 出了相应的终端域，分别以跟踪圆轨迹和并行泊车为例给出了轨迹跟踪与镇定控制的仿真结果． 关键词：非完整轮式移动机器人；输入约束；控制Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数；统一预测控制 中圈分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 轨迹跟踪与点一点镇定是移动机器人系统研 究中最基本的运动控制问题…．由于机器人在任 意平衡点的Ｊａｃｏｂｉ线性化近似系统都具有不可控 性，因此机器人的轨迹跟踪控制器与镇定控制器 是分别设计的，但是当机器人的控制任务发生改 变时，就需要不停地切换到相应的控制器上，在此 过程中容易出现控制量变化幅度较大的情况，最 好是用一个控制律能够同时用于轨迹跟踪及镇定 控制目的 Ｊ．目前研究移动机器人统一控制的文 献有［３－７］，但是这些文献都是基于机器人的运动 学模型或简化动力学模型进行研究的，当机器人 以较高的速度运动或者载重发生变化时，运动学 模型并不能反映机器人运动的真实情形 ］．另 外，由于机器人一般都是由驱动电机来提供动力 的，控制电机的输出力矩就可以实现对机器人的 控制，而电机能够发出的最大力矩是有限的从而 存在控制量约束．约束的存在会使闭环系统的性 能出现退化，甚至导致闭环系统失去稳定性．本文 考虑机器人的动力学模型，研究其统一预测控制 问题，首先基于控制李雅普诺夫（Ｌｙａｐｕｎｏｖ）函数 方法，设计了满足闭环稳定性条件及输人约束的 终端控制器，给出了相应的终端域，随后以跟踪圆 轨迹和并行泊车为例给出了轨迹跟踪与镇定控制 的仿真结果． １ 机器人旋转跟踪误差系统 对于笛卡尔坐标系下的轮式移动机器人，假 设质心位于后轮轴的中点上．ＷＭＲ可由以下非 线性微分方程来描述 Ｊ： ＝ＵＣＯＳ（￣， ＝ｖｓｉｎ４，， ＝Ｗ， 口＝Ｊ８Ｉ ｕＩ，Ｗ：／３２ｕ２， （１） 其中，／３ ＝１／ｒｍ， ＝ｌ／ｒｌ，，ｎ和，分别为机器人的 车身质量与转动惯量；２１为后轮轴的长度，ｒ为后 轮的半径；（ ，Ｙ）为质心坐标， 为车身相对于 轴正向的方向角， 为相对于垂直轴的角速度； “ｌ＝７＿ｌ＋７＿２和 ２＝ｒ１—７Ｉ２为控制输入，这里７．１与 ｒ 分别是后轮两个电机所提供的驱动力矩． 考虑到电机所能提供的力矩是有限的，即存 在输出饱和情况，控制约束由如下形式描述 Ｉ“ Ｉ≤“ ． ，ｉ＝ｉ，２． 设（ ，，，ｄ）， ， ，０３ 分别表示期望的位置， 方向角，线速度及角速度，“ （ｉ：１，２）表示相应 的控制输入．定义旋转误差状态向量 戈 Ｙｅ ｅ Ｗｅ ｃｏｓ４， ——ｓｉｎ４， ０ ０ ０ ｓｉ－４，０ ０ ０ ｃｏｓ４，０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ ｌ ０ ０ Ｏ Ｏ １ 一 Ｙａ—ｙ 咖ｄ一 Ｕｄ一口 Ｗｄ一彬 收稿日期：２０１０－０４－２８ 基金项目：吉林省教育厅“十一五”科技研究资助项目（２００８—３５０） 作者简介：韩光信（１９７１一），男，吉林舒兰人，吉林化１：学院副教授，工学博士，主要从事约束系统控制、鲁棒控制、预 测控制应用方面的研究．