一种基于单控制器的轨迹跟踪控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单控制器的轨迹跟踪控制系统，包括：传感器，用于测得轮式移动机器人在固定参考坐标系下X轴方向的位置，在固定参考坐标系下Y轴方向的位置，线速度以及方向角；降阶广义比例积分观测器模块，接收所述传感器的信息，输出速度、加速度和扰动估计；位置控制器模块，根据速度、加速度、扰动估计以及给定的参考轨迹信息，输出中间项；变换模块，根据中间项、当前时刻的线速度和当前时刻的方向角，输出电机控制转矩，轮式移动机器人集成有上述系统。本发明专利技术减少对传感器的使用，降低了开发成本；能够大大减少参数整定的工作量；具有主动抑制各种时变干扰的能力，很强的鲁棒性，可以实现较高跟踪精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单控制器的轨迹跟踪控制系统
本专利技术涉及轮式机器人的跟踪控制方法，具体的，涉及一种基于单控制器的轨迹跟踪控制系统。
技术介绍
轮式移动机器人除了应用于宇宙探测、海洋开发等领域外，还广泛的应用在工厂自动化，采矿，军事，服务，农业等领域。在这些领域中，移动机器人一般按照人们给定的轨迹移动，执行特定的任务。为了提高轮式移动机器人的跟踪精度，学者们提出了许多结合运动学和动力学模型的控制算法。比如，W.Serralheiro提出了一种级联结构的控制器(W.Serralheiro,"AMotionControlSchemeforaWMRBasedonInput-OutputFeedbackLinearizationandPID,"2019LatinAmericanRoboticsSymposium(LARS),2019BrazilianSymposiumonRobotics(SBR)and2019WorkshoponRoboticsinEducation(WRE),RioGrande,Brazil,2019,pp.222-227,doi:本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单控制器的轨迹跟踪控制系统，其特征在于：包括：/n传感器，用于测得轮式移动机器人在固定参考坐标系下X轴方向的位置，在固定参考坐标系下Y轴方向的位置，线速度以及方向角；/n降阶广义比例积分观测器模块，接收所述传感器的信息，输出速度、加速度和扰动估计；/n位置控制器模块，根据速度、加速度、扰动估计以及给定的参考轨迹信息，输出中间项；/n变换模块，根据中间项、当前时刻的线速度和当前时刻的方向角，输出电机控制转矩。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单控制器的轨迹跟踪控制系统，其特征在于：包括：
传感器，用于测得轮式移动机器人在固定参考坐标系下X轴方向的位置，在固定参考坐标系下Y轴方向的位置，线速度以及方向角；
降阶广义比例积分观测器模块，接收所述传感器的信息，输出速度、加速度和扰动估计；
位置控制器模块，根据速度、加速度、扰动估计以及给定的参考轨迹信息，输出中间项；
变换模块，根据中间项、当前时刻的线速度和当前时刻的方向角，输出电机控制转矩。


2.根据权利要求1所述的基于单控制器的轨迹跟踪控制系统，其特征在于：所述降阶广义比例积分观测器模块集成有降阶广义比例积分观测器，
所述降阶广义比例积分观测器的按照如下步骤设计：



定义下列变量：



进一步可以得到：















各个状态可以按照下列方式得到：



其中：表示轮式移动机器人在固定参考坐标系X(i＝1)或Y(i＝2)轴方向的速度估计，表示移动机器人在固定参考坐标系X(i＝1)或Y(i＝2)轴方向的加速度估计，表示时变扰动的估计,分别表示时变扰动的一阶导数和二阶导数估计，λ1i、λ2i、λ3i、λ4i、λ5i为观测器的系数。


3.根据权利要求2所述的基于单控制器的轨迹跟踪控制系统，其特征在于：所述λ1i、λ2i、λ3i、λ4i、λ5i的取值须使得下式的根全部落在复平面的左半平面，
p(s)＝s5+λ5is4+λ4is3+λ3is2+λ2is+λ1i,i＝1,2。


4.根据权利要求3所述的基于单控制器的轨迹跟踪控制系统，其特征在于：所述降阶广义比例积分观测器的设计是基于下述空间状态形式：


















其中，所述空间状态形式是根据如下状态变量得到：



所述状态变量是根据基于微分平坦理论的轮式移动机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王会明，张扬，鲜娟，唐贤伦，龙虹毓，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50