动力学解析的四轮全向移动机器人电机解耦控制.PDFVIP

第９卷第５期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 智　 能　 系　 统　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ．９ №．５ ２０１４年１０月　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｏｃｔ． ２０１４ ＤＯＩ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃４７８５．２０１３０４００３ 动力学解析的四轮全向移动机器人电机解耦控制 １ ２ １ 王建彬 ，陈建平 ，杨宜民 （１．广东工业大学 自动化学院，广东广州５１００９０；２．肇庆学院计算机学院，广东肇庆５２６０６１） 摘　 要：四轮全向移动机器人是一个复杂的非线性、强耦合的机械系统，各轮驱动电机间存在强耦合现象，很难取得 理想的控制效果。 针对这一问题，提出一种基于动力学解析的多电机控制系统解耦方法。 通过对四轮机器人的动 力学解析推导出四轮转速与其驱动力矩间的状态方程，获得各电机输入输出量之间的耦合关系，在此基础上依据控 制量一致思想设计解耦控制器，解决了传统参考模型解耦方法不能兼顾控制性能和解耦性能的问题，实现了四路电 机的独立控制。 仿真结果显示，该方法能够有效地减小控制系统各变量间的相互耦合作用，每路电机均很好地跟踪 了各自的输入，解耦效果好。 关键词：全向移动机器人；动力学解析；解耦控制；电机控制；运动控制 中图分类号：ＴＰ２７３　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１４）０５⁃０５６９⁃０８ 中文引用格式：王建彬，陈建平，杨宜民． 动力学解析的四轮全向移动机器人电机解耦控制［Ｊ］． 智能系统学报，２０１４，９（５）：５６９⁃ ５７６． 英文引用格式：ＷＡＮＧＪｉａｎｂｉｎ，ＣＨＥＮＪｉａｎｐｉｎｇ，ＹＡＮＧＹｉｍｉｎ．Ｍｏｔｏｒｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒｆｏｕｒ⁃ｗｈｅｅｌ ｏｍｎｉ⁃ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏ⁃ ｂｏｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］． ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１４，９（５）：５６９⁃５７６． Ｍｏｔｏｒ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｆｏｕｒ⁃ｗｈｅｅｌ ｏｍｎｉ⁃ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ １ ２ １ ＷＡＮＧＪｉａｎｂｉｎ ，ＣＨＥＮＪｉａｎｐｉｎｇ ，ＹＡＮＧ Ｙｉｍｉｎ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００９０，Ｃｈｉｎａ；２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｚｈａｏｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｏｑｉｎｇ ５２６０６１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｆｏｕｒ⁃ｗｈｅｅｌ ｏｍｎｉ⁃ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ ｉｓ ａ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓ⁃ ｔｅｍ． Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｅｘｉｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗｈｅｅｌ ｄｒｉｖｅｎ ｍｏｔｏｒｓ，ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｉｄｅａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ，ａ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ⁃ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｒａｉｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｔｈｅｆｏｕｒ⁃ｗｈｅｅｌｒｏｂｏｔ，ｔｈ