一种直流电脑鼠自动控制方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种直流电脑鼠自动控制方法和系统，用以解决电脑鼠控制对象反应速度慢及失步、振荡、碰撞的问题。所述直流电脑鼠自动控制方法，在获取直流电脑鼠当前运行目标速度和实际速度基础上，由运行目标速度获得跟踪速度及跟踪加速度，由实际速度获得观测扰动、观测速度及观测加速度，作差后得到跟踪速度误差和跟踪加速度误差，再经过非线性反馈环节，得到系统控制量，实现对直流电脑鼠的自动控制。本发明专利技术利用ADRC算法对直流电脑鼠进行自动控制，有效地减少了电脑鼠运作过程中的速度跟踪误差和加减速切换次数，实现对直流电脑鼠的精确控制，有效减少了直流电脑鼠对目的地的搜索时间、冲刺时间及碰撞次数，提高了搜索成功率。

A DC computer mouse automatic control method and system

【技术实现步骤摘要】
一种直流电脑鼠自动控制方法和系统
本专利技术属于微型智能机器人控制领域，具体涉及一种直流电脑鼠自动控制方法和系统。
技术介绍
智能机器人是对人的一种仿生，被赋予肢体、感官、脑力等多种功能，在科技和日常生活中发挥着越来越重要的作用。类似的，电脑鼠，是对“鼠”的一种仿生，来源于“小鼠走迷宫”，是一个很能够用来诠释肢体、感官及脑力综合工作的基本实例，是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置，也是一种微型机器人。电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径，采用相应的算法，快速地达到所设定的目的地。在电脑鼠走迷宫竞赛这一国际性赛事中，依照比赛规则，当电脑鼠放入起点，按下启动键之后，它就必须自行决定搜寻法则并且在迷宫中前进、转弯、记忆迷宫墙壁资料、计算最短路径、搜寻终点等功能。现有技术中，最常见的电脑鼠是直流电脑鼠，而直流电脑鼠中决定其性能高低是控制算法。传统直流电脑鼠一般采用比例积分微分(ProportionIntegrationDifferentiation,PID)控制算法或模糊比例积分微分控制算法进行控制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流电脑鼠自动控制方法，其特征在于，所述直流电脑鼠自动控制方法，包括如下步骤：/n步骤S1，获取直流电脑鼠当前运行目标速度和实际速度；/n步骤S2，利用跟踪微分器根据运行目标速度计算跟踪速度及跟踪加速度；/n步骤S3，利用扩张状态观测器根据实际速度估计对象状态和不确定扰动作用后获得观测扰动、观测速度及观测加速度；/n步骤S4，由跟踪速度和观测速度作差得到跟踪速度误差，由跟踪加速度和观测加速度作差得到跟踪加速度误差；/n步骤S5，跟踪速度误差和跟踪加速度误差经过非线性反馈环节后得到的输出减去观测扰动和系统增益的倒数的乘积后，得到系统控制量；/n步骤S6，将所述系统控制量转化为相应的控制力...

【技术特征摘要】
1.一种直流电脑鼠自动控制方法，其特征在于，所述直流电脑鼠自动控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，获取直流电脑鼠当前运行目标速度和实际速度；
步骤S2，利用跟踪微分器根据运行目标速度计算跟踪速度及跟踪加速度；
步骤S3，利用扩张状态观测器根据实际速度估计对象状态和不确定扰动作用后获得观测扰动、观测速度及观测加速度；
步骤S4，由跟踪速度和观测速度作差得到跟踪速度误差，由跟踪加速度和观测加速度作差得到跟踪加速度误差；
步骤S5，跟踪速度误差和跟踪加速度误差经过非线性反馈环节后得到的输出减去观测扰动和系统增益的倒数的乘积后，得到系统控制量；
步骤S6，将所述系统控制量转化为相应的控制力，通过所述控制力实现对直流电脑鼠的自动控制。


2.根据权利要求1所述的直流电脑鼠自动控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据直流电脑鼠速度、直线加速时加速度、直线减速时加速度和转弯时单轮加速度的阈值，计算当前运行目标速度；同时实时测量直流电脑鼠的实际速度。


3.根据权利要求1所述的直流电脑鼠自动控制方法，其特征在于，所述步骤S2利用跟踪微分器根据运行目标速度计算跟踪速度及跟踪加速度，通过式(1)进行计算：



其中v1(k),v2(k)分别为跟踪速度、跟踪加速度；r0是跟踪微分器的速度系数，r0越大跟踪速度越快，当r0→∞时，跟踪微分器无差的跟踪控制量的输入；h0为滤波因子，设定一定的值用来消除高频的震荡；fst为第一非线性函数。


4.根据权利要求1所述的直流电脑鼠自动控制方法，其特征在于，所述步骤S3中利用扩张状态观测器根据实际速度获得观测扰动、观测速度及观测加速度，通过式(3)进行计算：
e(k)＝z1(k)-y(k)
z1(k+1)＝z1(k)+z2(k)-β01e(k)
z2(k+1)＝z2(k)+z3(k)-β02fal(e(k),0.5,δ)+b0u(k)
z3(k+1)＝z3(k)-β03fal(e(k),0.25,δ)(3)
其中，z1(k),z2(k),z3(k)分别为观测扰动，观测加速度，观测速度；e(k)为跟踪误差；u(k)为系统控制量；β01,β02,β03为三个观测器参数，b为系统增益，y(k)为对象输出，fal为第二非线性函数。


5.根据权利要求4所述的直流电脑鼠自动控制方法，其特征在于，所述fal为：



其中，η和η0为ESO和NLSEF的线性区间；如果ESO的参数选择合适，z1,z2能够很好的估计出被控量y和其微分y′，z3可以估计出系统的扩张状态a＝f(x,x',w(t))，a是一个0到1之间的参数；sign为符号函数，用于返回值的正负。


6.根据权利要求1所述的直流电脑鼠自动控制方法，其特征在于，所述步骤S5中非线性反馈环节式(5)给定输入输出：



其中，v1(k),v2(k)分别为跟踪速度，跟踪加速度；z1(k),z2(k),z3(k)分别为观测扰动，观测加速度，观测速度；e1(k)，e2(k)分别为跟踪速度误差和跟踪加速度误差；β1，β2为观测器系数；α1，α2为0到1之间的参数；δ表示设置的线性区间的大小；u0(k)，u(k)分别为非线性反馈的输出，系统控制量；b0为系统增益的估计值。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴胜华，郑子缘，曹梓恒，梁瑶，曹景铭，李洁，谢旭旭，李正交，周兴，卢建成，习家宁，王宇琦，李紫玉，郑硕，胡泓景，时晓杰，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11