一种两轮自平衡车集中式编队控制方法技术

本发明专利技术公开了一种两轮自平衡车集中式编队控制方法，包括：计算跟随平衡车的理想位置信息；由跟随平衡车当前的实际位置信息和所述理想位置信息，计算跟随平衡车的位置误差；采用运动学控制器根据位置误差输出控制跟随机器人的理想线速度和理想角速度；若理想角速度旋转的角度与跟随平衡车实际旋转的角度相同则向跟随平衡车输出理想角速度；否则构建增量式PD控制器，根据采样时间内旋转的角度误差输出实际角速度至跟随平衡车；若按照理想线速度运行的坐标与跟随平衡车实际运行的坐标相同，则向跟随平衡车输出理想线速度；根据采样时间内运行的坐标误差输出实际线速度至跟随平衡车。本发明专利技术的实现平衡车保持队形的同时稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种两轮自平衡车集中式编队控制方法
本申请属于移动机器人的编队控制领域，具体涉及一种两轮自平衡车集中式编队控制方法。
技术介绍
随着机械结构和工业设计的发展，两轮自平衡智能体引起了研究人员的极大关注。两轮自平衡智能体所占空间小并且运动灵活，制造成本低，适用于现代社会生活和工业生产以及科研探索的诸多领域。如今随着应用功能的日趋复杂，通过单一智能体已无法完成所有工作流程，如无人机编队飞行，多卫星协同运行、智能车的编队运输等等，此需要多个智能体协同合作完成任务。在多智能体的协同控制研究中，又分为多智能体蜂拥控制研究、智能体编队控制研究、多智能体一致性研究等几大类，其中多智能体编队控制是本案的研究重点。智能体编队控制是一种多个智能体在达到目标队形的过程中，既能组成目标队形，又可以适应具体的环境约束的一种控制方法。多智能体编队控制已有许多成熟的控制方法，例如基于领航-跟随者方法、虚拟结构法、基于行为的方法、基于图论、势能法的方法。虽然目前的控制方法能够对智能体的编队进行精确控制，但大多采用结构较为稳定的智能体，如四轮小汽车模型、两轮差速外加一个支本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两轮自平衡车集中式编队控制方法，其特征在于，所述两轮自平衡车集中式编队控制方法，包括：/n步骤S1、根据领航平衡车的位置信息和目标队形结构，计算跟随平衡车的理想位置信息，所述位置信息包括坐标和方位角；/n步骤S2、由跟随平衡车当前的实际位置信息和所述理想位置信息，计算跟随平衡车的位置误差，所述位置误差包括坐标误差和方位角误差；/n步骤S3、构建运动学控制器，采用运动学控制器根据位置误差输出控制跟随机器人的理想线速度和理想角速度；/n步骤S4、判断采样时间内按照理想角速度旋转的角度与跟随平衡车实际旋转的角度是否相同，若相同则向跟随平衡车输出理想角速度；否则构建增量式PD控制器，根据采样时...

【技术特征摘要】
1.一种两轮自平衡车集中式编队控制方法，其特征在于，所述两轮自平衡车集中式编队控制方法，包括：
步骤S1、根据领航平衡车的位置信息和目标队形结构，计算跟随平衡车的理想位置信息，所述位置信息包括坐标和方位角；
步骤S2、由跟随平衡车当前的实际位置信息和所述理想位置信息，计算跟随平衡车的位置误差，所述位置误差包括坐标误差和方位角误差；
步骤S3、构建运动学控制器，采用运动学控制器根据位置误差输出控制跟随机器人的理想线速度和理想角速度；
步骤S4、判断采样时间内按照理想角速度旋转的角度与跟随平衡车实际旋转的角度是否相同，若相同则向跟随平衡车输出理想角速度；否则构建增量式PD控制器，根据采样时间内旋转的角度误差输出实际角速度至跟随平衡车；
步骤S5、判断采样时间内按照理想线速度计算的坐标与跟随平衡车实际运行的坐标是否相同，若相同则向跟随平衡车输出理想线速度；否则构建预测控制器，根据采样时间内运行的坐标误差输出实际线速度至跟随平衡车。


2.如权利要求1所述的两轮自平衡车集中式编队控制方法，其特征在于，所述根据领航平衡车的位置信息和目标队形结构，计算跟随平衡车的理想位置信息，包括：
步骤S1.1、定义(xyθ)T为一阶非完整性轮式平衡车在世界坐标系下的横坐标、纵坐标和方位角，则平衡车的运动学方程为：



其中，v为平衡车当前的实际线速度，ω为平衡车当前的实际角速度；
步骤S1.2、获取领航平衡车Ri的位置信息为Pi＝[xiyiθi]T，跟随平衡车Rj当前的实际位置信息为Pj＝[xjyjθj]T，则根据控制法，计算跟随平衡车Rj的理想位置信息Pjd为：



其中，跟随平衡车Rj当前的实际位置信息为Pj满足以下关系式：



其中，Lijd和分别表示跟随平衡车Rj和领航平衡车Ri的理想距离和理想相对转角，Lij和分别表示跟随平衡车Rj和领航平衡车Ri的实际距离和实际相对转角。


3.如权利要求2所述的两轮自平衡车集中式编队控制方法，其特征在于，所述由跟随平衡车当前的实际位置信息和所述理想位置信息，计算跟随平衡车的位置误差，包括：
步骤S2.1、根据跟随平衡车当前的实际位置信息和理想位置信息，得到跟随平衡车Rj在世界坐标系下的位置误差为：









其中，为世界坐标系下坐标x方向的误差，为世界坐标系下坐标y方向的误差，为世界坐标系下方位角误差；
步骤S2.2、将世界坐标系下的位置误差转换至平衡车坐标系下，得到平衡车坐标系下跟随平衡车的位置误差为：



其中，ej1表示平衡车坐标系下的坐标x方向的误差，ej2表示平衡车坐标系下的坐标y方向的误差，ej3表示平衡车坐标系下的方位角误差；
步骤S2.3、对平衡车坐标系下跟随平衡车的位置误差进行求导，得到：



其中，为ej1的导数，为ej2的导数，为ej3的导数，vj为跟随平衡车Rj当前的实际线速度，vi为领航平衡车Ri当前的实际线速度，ωj为跟随平衡车Rj当前的实际角速度，ωi为领航平衡车Ri当前的实际角速度，dj表示跟随平衡车Rj的重心到轮轴中心的距离。


4.如权利要求3所述的两轮自平衡车集中式编队控制方法，其特征在于，所述构建运动学控制器，采用运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：董辉，袁登鹏，董浩，吴祥，吴宇航，田叮，童涛，钱学成，夏启剑，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33