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专利号: 2020108759769
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-07-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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人动态模型定义得到,所述基于微分平坦理论的轮式移动机器人动态模型的获取方式如下:将新模型改写为基于微分平坦理论的轮式移动机器人动态模型,所述基于微分平坦理论的轮式移动机器人动态模型为:其中:

μ1和μ2为系统的输入,x表示在惯性参考坐标系X轴方向的位置,y表示在惯性参考坐标系Y轴方向的位置,θ表示轮式移动机器人机体坐标系相对于惯性参考坐标的方向角,v表示轮式移动机器人的线速度,ω表示轮式移动机器人的角速度,vs、vt、ωs分别表示轮式移动机器人纵向滑动速度,横向滑动速度以及滑动角速度。

5.根据权利要求4所述的基于单控制器的轨迹跟踪控制系统,其特征在于:所述新模型为根据两轮差速移动机器人的运动学和动力学模型推导得到,具体为:

6.根据权利要求5所述的基于单控制器的轨迹跟踪控制系统,其特征在于:所述位置控制器模块基于如下模型:其中,ν1和ν2为所述中间项, 和 表示给定参考轨迹的三阶导数,L0,L1,L2为控制律的增益。

7.根据权利要求6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L0,L1,L2取值须使得下式的根全部落在复平面的左半平面,p(s)=s3+L2s2+L1s+L0。

8.根据权利要求7所述的基于单控制器的轨迹跟踪控制系统,其特征在于:所述变换模块基于如下模型:其中,r表示轮式移动机器人车轮的半径,b表示移动机器人的两车轮之间的距离的一半, ex=xmes-xr,ey=ymes-yr, 表示给定参考轨迹的二阶导数, 表示给定参考轨迹的一阶导数,xr,yr表示给定参考轨迹,xmes,ymes表示当前时刻测得的轮式移动机器人的位置,φmes,vmes表示当前时刻测得的轮式移动机器人的线速度与角速度, 为实际的控制输入电机转矩。