基于Backstepping方法的轮式移动机器人轨迹跟踪研究.pdf

《基于Backstepping方法的轮式移动机器人轨迹跟踪研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、研究与基于Backstepping方法的轮式移动机器人轨迹跟踪研究刘佳，李春书(1．邢台职业技术学院机电系，河北邢台054000；2．河北工业大学机械工程学院，天津300130)运动学模型，对具有非完整特性的移动机器人轨迹跟踪控制进行了研究。采用基于积分backstepping时变状态新的虚拟反馈量，设计机器人轨迹跟踪控制算法，并且利用Lyapunov方法证明系统的全局稳定性。仿真结果性。关键词：移动机器人：backstepping；李雅普诺夫函数：轨迹跟踪中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1009—9492(2011)叭一0079—041引言JY轨迹跟踪是机器人

2、控制的主要问题之一．而准确的轨迹跟踪也是机器人完成_丁作任务的首要前提：但由于机器。人的高度非线性以及非完整性．使得对其轨迹跟踪控制具有挑战性⋯。积分Backstepping方法是近年来发展的一种非线性系统稳定设计理论方法，将积分Backstepping方法一y一用于非完整机器人自适应跟踪控制引起了有关学者的高度争重视]。为获得全局跟踪特性．利用动态线性化方法得到具有指数收敛的控制器。SamonandAitAbderrahim(1991)基于李雅普诺夫直接法首次设计了全局轨迹跟踪控制器。吴卫国等(2001)、徐俊艳等(2004)设计移动机器人全局轨迹跟踪控制器时也采用了ba

3、ckstepping思想。本文借鉴文献[2]和[5]的思想，针对二自由度轮式移动机器人的运动模型．将实际移动机器人轨迹跟踪问题转化为跟随虚拟参考理想移动机器人模型的问题，引入一种c户=I；I=lIconso]×新的虚拟反馈量，通过使用Backstepping方法和虚拟反馈参数设计了一种变结构跟踪控制器，并通过构造李雅普诺夫函数，推导出了具有全局渐近稳定的跟踪控制器，实现了对预定轨迹的全局渐近跟踪．并根据李雅普诺夫理论证明系统全局渐近稳定性。仿真结果验证了其有效性和正确性。2问题的描述图l中所示为移动机器人的模型．该机器人以左右轮差动来实现转向。本文以轮式移动机器人为模型进行

4、分析．移动机器人的状态以它中心所在的坐标以及航向角Oljl一。；jl茇二j‘2替筏来表示，令P=(Y0)，q=((1))T，其中(Y)为移动机器人的位置，0为移动机器人前进方向与轴的夹收稿日期：2010—07一I9一V+VrCOSev●rCOSec+(vsin一xoro)一，一Xet0+Vsin(3)●一一0Csin譬(6)es，c。s-2则何：式在该控制输入作用下(y0)有界且一一c2sin2o2√l+Y20e~TII=0为减弱抖振采用趋近控制律i7．并采用连续函数取3轮式移动机器人跟踪控制律的设计代符号函数：若、0先于Y趋于零，那么=o，趋于一个常数，一从而成为不能控状

5、态。若Oo一0，那么可将、看作虚拟控南1，2制输入，进一步如果找到合适的虚拟状态反馈使。趋于其中8．为正小数．．零．那么控制的目标就是通过设计控制量和(I)使得趋则有0，l：：Yllj2J一一了1I+y：]一一而Ye(4]+j=嘲(7)一k+一∞=，⋯cos南(_sin=y经整理，得控制律为一煮

6、sin0-x,co)]一00-(O+8yv0-)51in0"(~,,．COS√1+4、Y22)、设计控制器如下2网轨迹跟踪效果图厂—_·——●——丁——————r■■_——_】I_I／80／Il_／研究与一x．⋯⋯·y．一一B．图3控制输入信号图图4位姿及角度误差图图5曲线轨迹跟踪效果图图6位姿及角度误差图，．图7控制输入信号图误差初始值为[202]，跟踪轨迹圆的仿真结果如图2—姿误差初始值为[302]，跟踪该曲线的仿真结果如图4所示。5～7所示。(2)跟踪线速度为匀速运动，角速度为正弦运动的曲5结论线轨迹。取=Im／s，(I)=sint，取8I=82=0．02，kl=2=

7、6，位本文对机器人轨迹跟踪控制进行了研究，采用积分Backsteping方法．通过引入一种新的虚拟误差反馈量设计[4]N．Sarker，X．P．Yun，V．Kumar．Controlofmechanicalsystems了系统跟踪控制器，控制器设计较为简单；同时，采用李withrollingconstraints：applicationtodynamiccontrolofmo—亚普诺夫稳定定理保证了系统的全局稳定，仿真试验表明bilerobots[J]．InternationalJournalofRoboticsR