基于终端滑模的移动机器人轨迹跟踪控制
赵毅红1, 2,朱剑英1
(1.南京航空航天大学机电学院,江苏南京, 210016; 2.扬州大学机械工程学院,江苏扬州, 225009)
摘 要:分析了具有不确定性非完整约束移动机器人系统的轨迹跟踪问题。在运动学模型分析的基础上,利用非奇异终端滑模技术,提出了一种新的轨迹跟踪控制算法,该算法消除了传统滑模控制带来的奇异问题。基于后退方法的思想设计系统状态变量,将系统分解为低阶子系统处理,简化了控制律的设计。结合Lyapunov方法,证明了在该控制律作用下,对满足一定速度条件的期望轨迹,移动机器人完全能够实现轨迹跟踪。仿真实验结果表明了该方法的有效性。
关键词:移动机器人;后退方法;轨迹跟踪;终端滑动模态
中图分类号:TP242文献标识码:A
非完整系统的控制问题一直受到广泛的关注[1-7],移动机器人是典型的非完整约束系统,对其轨迹跟踪问题的研究更具有重要的实际工程意义。
早期的研究主要在跟踪误差模型基础上应用泰勒线性化或反馈线性化等方法[1]得到局部跟踪结果。
近年来,一些学者采用转化为链式系统的跟踪问题[2]或构造Lyapunov函数方法对满足条件的某些轨迹实现局部或全局跟踪。滑模控制是控制非线性系统的一种有效方法。终端滑模(TSM)控制可使系统在有限时间内收敛为零,并且TSM控制无切换项,可有效消除抖振[3],众多学者用其来解决非线性系统控制问题[8-11]。文献[4]利用TSM技术对移动小车进行轨迹跟踪控制,但需内部调整解决传统TSM控制带来的奇异问题,并且只能跟踪转动角速度不为零的期望轨迹。作者将非奇异终端滑模
5 结 论
将滑模技术应用于移动机器人的轨迹跟踪控制。利用NTSM设计控制律,通过后退方法设计系统状态变量,使得对满足一定速度条件的期望轨迹,跟踪误差模型收敛,非完整移动机器人跟踪上期望轨迹。该方法设计简单,没有奇异问题出现,仿真结果说明了其有效性。
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