專利名稱：兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定增量式智能控制方法
兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定增量式智能控制方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于智能控制應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及-增量式智能控制方法。-種對兩輪輪式機(jī)器人的點(diǎn)鎮(zhèn)定背景技術(shù)
到定點(diǎn)的運(yùn)動控制問題是兩輪輪式機(jī)器人底層控制的基本問題，即點(diǎn)鎮(zhèn)定問 題。兩輪輪式機(jī)器人的運(yùn)動控制模型如

圖1所示，主要由控制器Gc、左輪和右輪的雙閉 環(huán)輪速跟隨電機(jī)系統(tǒng)模型G^和Gr、以及運(yùn)動模型Gm四個模塊構(gòu)成；整個運(yùn)動控制模型 的輸入向量為[%，eef, %為機(jī)器人當(dāng)前所在點(diǎn)(χ，y)與目標(biāo)點(diǎn)0cT，yT)之間的距離偏 差，e0為機(jī)器人當(dāng)前朝向θ與機(jī)器人由當(dāng)前所在點(diǎn)面向目標(biāo)點(diǎn)方向間的角度偏差 (e0 e (-π, π]；通常以逆時鐘方向為正，順時鐘方向為負(fù))，T為轉(zhuǎn)置符號；控制器 Gc根據(jù)輸入向量㈨，e0]T進(jìn)行控制轉(zhuǎn)換，輸出機(jī)器人的左輪期望輪速屯和右輪期望輪速 uR(本文所述的“輪速”，是指“輪轉(zhuǎn)動導(dǎo)致的輪整體的水平運(yùn)動速度”)，期望輪速向 量U = [uR，uJT與輸入向量[ed，e0]T的控制關(guān)系由控制器Ge具體采用的控制方法確定； 左輪電機(jī)系統(tǒng)模型G^根據(jù)左輪期望輪速％驅(qū)動左輪轉(zhuǎn)動，右輪電機(jī)系統(tǒng)模型Gr根據(jù)右 輪期望輪速uR驅(qū)動右輪轉(zhuǎn)動，從而得到實際的左輪輪速&和右輪輪速vR，左輪電機(jī)系統(tǒng) 模型Gjn右輪電機(jī)系統(tǒng)模型Gr的驅(qū)動關(guān)系分別由左輪電機(jī)系統(tǒng)和右輪電機(jī)系統(tǒng)自身的硬 件構(gòu)成和參數(shù)確定，即電機(jī)系統(tǒng)一經(jīng)確定，電機(jī)系統(tǒng)模型驅(qū)動關(guān)系也隨之固化確定；兩 輪輪式機(jī)器人運(yùn)動是由于兩個輪轉(zhuǎn)動引起的機(jī)器人位置和機(jī)器人朝向(合稱機(jī)器人位姿) 變化，因此運(yùn)動學(xué)模型Gm完成兩輪的實際輪速向量V = [vR，vJT到機(jī)器人位姿變化向量 力二[毛夂評的轉(zhuǎn)換，作為整個系統(tǒng)的輸出向量。該運(yùn)動控制模型用數(shù)學(xué)關(guān)系表示如下
由輸入向量得到期望輪速向量
權(quán)利要求
1.兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定增量式智能控制方法，其特征在于，采用增量式控制器控 制兩輪輪式機(jī)器人的左輪期望輪速和右輪期望輪速；所述增量式控制器分為兩級，分別 為任務(wù)適應(yīng)級和運(yùn)行控制級；其具體包括如下控制步驟a)獲取當(dāng)前控制周期時，機(jī)器人所在點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的距離偏差&(k)，以及機(jī)器人朝向 與機(jī)器人由所在點(diǎn)面向目標(biāo)點(diǎn)方向的角度偏差e0 (k) ； k表示當(dāng)前控制周期；b)在任務(wù)適應(yīng)級，根據(jù)距離偏差和角度偏差e0(k)，采用廣義的比例控制，獲 得當(dāng)前控制周期的左輪期望輪速適應(yīng)值％。(k)和右輪期望輪速適應(yīng)值uR。(k)；c)在運(yùn)行控制級，根據(jù)任務(wù)適應(yīng)級獲得的左輪期望輪速適應(yīng)值％。決)和右輪期望輪 速適應(yīng)值uR。(k)，采用增量式輪速跟隨控制，獲得當(dāng)前控制周期的左輪期望輪速和 右輪期望輪速uR (k)；其具體操作包括Cl)獲取左輪輪速飽和增量Δ U^nax和左輪輪速飽和值U^nax，以及右輪輪速飽和增量 △URmax和右輪輪速飽和值URmax;同時，設(shè)定減速控制距離常數(shù)屯，并獲取當(dāng)前控制周期 的左輪實際輪速& (k)和右輪實際輪速vR (k)；c2)計算當(dāng)前控制周期的期望輪速適應(yīng)差(k) = uRc(k)-uLc(k)和實際輪速差ev(k)= vR(k)-vL(k)；進(jìn)而求得當(dāng)前控制周期的控制向差E(k) = eu(k)-ev(k)； c3)按如下公式確定特征模態(tài)集Φ Φ = >,1ed(k) > d^E{k) > ΟΠμ㈨I > AtZfimax+ ^ULm3Kf]vR(k) + AURmaK〈^flmaxf]vL(k)~>0 “ΦΛ+ ^ULmmnvR(k) + AURm^< "及 maxHviW--AtZimax<0ΦΔ^^)〉^ 門五(眾)>0 門 μ(眾)|<A^max+ Δ /￡,職 ΓΚ⑷+< URnmxHviW-^ ^L max>0Φ Λ ㈨ > 名n￡w > 0門|￡(幻卜障+ AtZimax nv,W + At//(roax< ^Rmdx-AUr Lmax<0ΦΛed{k)>ds(]E{k)>QC\\E(k)\<hUR^+ Δ /^ΓΚ㈨+ Δ ιηΜΦΛed (k):>《門 ￡(k) >0D\E(k)\ < AURmm+ Δ^Πν,^ + Δ /^< ^maxΨ \edik) > d^E{k) <0n|W| > AUliimx+ ^ULmaxf]vL(k) + AULmax< ^Lmoxnv.w--AfZiimax>0ΦΔed{k) > ^ Π E(k) < 0 寧⑷I > AUltmxi+ ΓΚ ⑷+ AfZimax< f7LH13XnvR(k)-<0Φ,\ ㈨〉減門￡(々)《οημ⑷…Δ"臉~ ULtnax>0Φιο\ed(k)>d,f]E(k)<on\E(k)\>AU/l_+ 仙―門\⑷+>Ur —w ImaAn調(diào)-<0Φη\ed{k) >《η E{k) < 0η丨雄)| < Af//;max< "LmaxΦη\ (U—^Lmaxc4)按如下公式確定控制模態(tài)集Ψ
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定增量式智能控制方法，其特征在于， 所述步驟b)中，任務(wù)適應(yīng)級采用的廣義的比例控制為經(jīng)典比例控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定增量式智能控制方法，其特征在于， 所述步驟b)中，任務(wù)適應(yīng)級采用的廣義的比例控制為比例余弦控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定增量式智能控制方法，其特征在于， 所述步驟b)中，任務(wù)適應(yīng)級采用的廣義的比例控制為分段比例控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定增量式智能控制方法， 其特征在于，在所述控制步驟d)之后還包括e)對增量式控制器輸出的期望輪速向量U進(jìn)行靜差補(bǔ)償，再用補(bǔ)償后的左輪期望輪 速和右輪期望輪速分別控制左輪電機(jī)系統(tǒng)和右輪電機(jī)系統(tǒng)；所述靜差補(bǔ)償?shù)墓綖?br> 全文摘要
本發(fā)明提供了一種兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定增量式智能控制方法，該方法提出了一種包含任務(wù)適應(yīng)級和運(yùn)行控制級的增量式控制器，該增量式控制器在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有技術(shù)中作為比例控制器輸出的期望輪速作為本發(fā)明增量式控制器中任務(wù)適應(yīng)級輸出的期望輪速適應(yīng)值，解決了機(jī)器人的非完整約束問題導(dǎo)致的點(diǎn)鎮(zhèn)定控制的穩(wěn)定性問題；并增加了運(yùn)行控制級對期望輪速適應(yīng)值進(jìn)行進(jìn)一步的增量式輪速跟隨控制，解決了因運(yùn)動執(zhí)行系統(tǒng)必然存在的加速度和速度約束限制所導(dǎo)致的點(diǎn)鎮(zhèn)定控制的穩(wěn)定性問題，在保證獲得優(yōu)良的機(jī)器人運(yùn)動軌跡的同時，更有效提高機(jī)器人運(yùn)動的快速性。
文檔編號G05B13/04GK102023569SQ201010270270
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者張琦, 李楠, 楊祖元, 王牛 申請人:重慶大學(xué)