一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法技术

本发明专利技术公开了一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法，镇定控制过程分为以下几步：（1）利用直角坐标系来刻画非完整机器人在平面中的运动学模型；（2）在直角坐标系下将非完整机器人运动学模型转换成链式系统模型，利用多速率输入采样方法将链式系统离散化，并在非完整机器人车身安装一台传感器，用于时时传输非完整机器人在平面中的位置坐标；（3）传感器时时采集到的位置数据传输到滑模控制算法模块中，使得非完整机器人最终在有限时间内镇定。本发明专利技术的一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法纯几何运算、时间离散化、控制稳定，对硬件设备要求较低，实用性强，易于商业化。

A Discrete-Time Sliding Mode Stabilization Control Method for Nonholonomic Robots

【技术实现步骤摘要】
一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法
本专利技术涉及非完整机器人运动控制
，具体涉及一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法。
技术介绍
目前非完整机器人的应用几乎渗透各行各业。非完整机器人具有自量轻、承载大、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等优点，从而从各类机器人中脱颖而出。利用非完整机器人解决有限时间镇定的问题是一项具有挑战性的任务，在控制领域引起了越来越多的关注。有限时间镇定有其自身的复杂性，非完整机器人的镇定问题应用十分广泛，如车辆停车任务、任务交接控制等。目前针对非完整机器人的控制算法大致有两种：(1)自适应控制，(2)鲁棒控制；但是这些算法计算复杂、计算量大、对系统的实时性要求高，这将增加算法实现成本，不利于实际应用。因此，未解决上述问题，需要提出一种计算量小、实时性好、成本低，利用实际应用的非完整机器人有限时间镇定控制算法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有非完整机器人控制技术中的上述缺陷，提供一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法，该算法计算量小、实时性好，实现成本低、便于实际应用。本专利技术通过采取如下技术方案得到：一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法，包括下列步骤：(1)、利用直角坐标系来刻画非完整机器人在平面中的运动学模型；非完整机器人的运动学模型由公式(1)得到：公式(1)中，[x,y]T∈R2代表非完整机器人在平面XOY中的位置坐标，θ为机器人前进的速度方向与X轴正向的夹角，v表示其前进直线速度，w表示其自转的角速度；(2)、在直角坐标系下将非完整机器人运动学模型转换成链式系统模型，利用多速率输入采样方法将链式系统离散化，并在非完整机器人车身安装一台传感器，用于时时传输非完整机器人在平面中的位置坐标；将公式(1)转化成链式系统，转化后的链式系统由公式(2)给出：公式(2)中，x1＝x，x2＝tanθ，x3＝y，u1＝v1cosθ，u2＝v2sec2θ；将链式系统的公式(2)泰勒展开成迭代链式系统，由公式(3)给出：公式(3)中u1(t)和u2(t)是在τ秒内保持恒定数值：针对公式(4)对u2(t)采用多速率采样，由公式(5)给出：上述k为常数，将公式(5)中的双倍速率采样模型代入链式系统(3)中可得到最终的多速率采样等效模型：(3)、针对步骤(2)中的公式(6)表示的多速率采样等效模型设计离散时间滑模控制器；离散时间滑模面由公式(7)给出：S＝{x∈R3:x1(k)＝x2(k)＝x3(k)＝0},(7)公式(7)中R代表实数，离散时间滑模控制器由公式(8)给出：公式(8)中的k*代表kτ，离散时间滑模控制器保证了状态x1(k)，x2(k)和x3(k)在有限时间内收敛到零。本专利技术相对于现有控制技术具有以下的优点和效果：本专利技术提出的非完整机器人控制算法基于直角坐标采用几何直接推导获得，参数简单、物理含义清晰；非完整机器人控制算法中的计算是在镇定控制开始前计算完成，镇定过程无需人工干预，计算量小、实时性好，实现成本低、便于实际应用。附图说明图1是非完整机器人运动示意图。具体实施方式如图1所示，一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法，包括下列步骤：(1)、利用直角坐标系来刻画非完整机器人在平面中的运动学模型；非完整机器人的运动学模型由公式(1)得到：公式(1)中，[x,y]T∈R2代表非完整机器人在平面XOY中的位置坐标，θ为机器人前进的速度方向与X轴正向的夹角，v表示其前进直线速度，w表示其自转的角速度；(2)、在直角坐标系下将非完整机器人运动学模型转换成链式系统模型，利用多速率输入采样方法将链式系统离散化，并在非完整机器人车身安装一台传感器，用于时时传输非完整机器人在平面中的位置坐标；将公式(1)转化成链式系统，转化后的链式系统由公式(2)给出：公式(2)中，x1＝x，x2＝tanθ，x3＝y，u1＝v1cosθ，u2＝v2sec2θ；将链式系统的公式(2)泰勒展开成迭代链式系统，由公式(3)给出：公式(3)中u1(t)和u2(t)是在τ秒内保持恒定数值：针对公式(4)对u2(t)采用多速率采样，由公式(5)给出：上述k为常数，将公式(5)中的双倍速率采样模型代入链式系统(3)中可得到最终的多速率采样等效模型：(3)、针对步骤(2)中的公式(6)表示的多速率采样等效模型设计离散时间滑模控制器；离散时间滑模面由公式(7)给出：S＝{x∈R3:x1(k)＝x2(k)＝x3(k)＝0},(7)公式(7)中R代表实数，离散时间滑模控制器由公式(8)给出：公式(8)中的k*代表kτ，离散时间滑模控制器保证了状态x1(k)，x2(k)和x3(k)在有限时间内收敛到零。根据链式系统知道非完整机器人能够在有限时间内镇定并保持图1中的粗体线的位置姿态。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法，其特征在于包括下列步骤：(1)、利用直角坐标系来刻画非完整机器人在平面中的运动学模型；非完整机器人的运动学模型由公式(1)得到：

【技术特征摘要】
1.一种离散时间滑模的非完整机器人镇定控制方法，其特征在于包括下列步骤：(1)、利用直角坐标系来刻画非完整机器人在平面中的运动学模型；非完整机器人的运动学模型由公式(1)得到：公式(1)中，[x,y]T∈R2代表非完整机器人在平面XOY中的位置坐标，θ为机器人前进的速度方向与X轴正向的夹角，v表示其前进直线速度，w表示其自转的角速度；(2)、在直角坐标系下将非完整机器人运动学模型转换成链式系统模型，利用多速率输入采样方法将链式系统离散化，并在非完整机器人车身安装一台传感器，用于时时传输非完整机器人在平面中的位置坐标；将公式(1)转化成链式系统，转化后的链式系统由公式(2)给出：公式(2)中，x1＝x，x2＝tanθ，x3＝y，u1＝v1cosθ，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐深，马天宇，徐金锋，王晟，姬翠翠，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32