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轮式移动机器人的有限时间自适应轨迹跟踪控制

黄译;翟军勇

【摘要】[Objective]Thispaperdevelopedanovelfinite-timecontrol

schemefortrajectorytrackingofwheeledmobilerobotsinthepresenceof

externaldisturbancesandinertiauncertainties.[Methods]Firstly,theerror

dynamicsofmobilerobotsweredividedintoasecond-ordersubsystem

andathird-ordersubsystem.Secondly,anovelfastnonsingularterminal

slidingmodecontrollaw(FNTSMCL)associatedwithadaptationofthe

angularvelocitywasdesignedforthesecond-ordersubsystemtoensure

thefinite-timeconvergenceoftheangleerrorofmobilerobots.Then,a

FNTSMCLofforwardvelocitywassynthesized,whichguaranteedthefinite-

timeconvergenceofthethird-ordersubsystem.Finally,thesimulation

experimentwascarriedout.[Results]Thesimulationresultswerein

agreementwiththetheoreticalvalues.[Conclusion]Thefinite-timecontrol

strategydesignedinthisstudyensurestheeffectofwheeledmobilerobot

trajectorytracking.%[目的]针对存在外界扰动和参数不确定性的轮式移动机器人,

设计一种有限时间轨迹跟踪控制方案.[方法]首先,将轮式移动机器人动态系统分为

二阶和三阶的两个子系统;其次,针对二阶子系统设计了自适应快速终端滑模控制律,

保证移动机器人角速度跟踪误差有限时间内收敛到一个任意小的区域内;然后,设计

了关于线速度的控制律,来保证三阶子系统的有限时间收敛;最后进行仿真实验验

证.[结果]仿真实验结果与理论值相符.[结论]本研究设计的有限时间控制策略保证了

移动机器人轨迹跟踪的效果.

【期刊名称】《广西科学》

【年(卷),期】2017(024)003

【总页数】7页(P279-285)

【关键词】有限时间控制;快速非奇异终端滑模;轮式移动机器人

【作者】黄译;翟军勇

【作者单位】东南大学自动化学院,江苏南京210096;东南大学自动化学院,江苏南

京210096

【正文语种】中文

【中图分类】TP242

【研究意义】近几年，轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题受到了广泛的关注和研

究，它不仅具有非线性、强耦合和非完整约束，还具有外部扰动和参数不确定性。

一些非线性控制策略被应用到该领域，包括自适应控制[1]、神经网络控制[2]、鲁

棒控制[3]和滑模控制[4]等。Zeng等[2]利用自适应神经网络技术和高增益状态观

测技术设计了一种新的自适应控制器，克服了系统中参数未知和不可测状态带来的

困难。【前人研究进展】Xin等[3]结合扰动观测器和自适应补偿器处理移动机器

人动态系统的不确定性。沈艳军等[5]和陈武华等[6]介绍了非线性系统的自适应观

测器，可用于观测移动机器人动力学模型中的扰动以提高系统的鲁棒性。Huang

等[7]研究了轮式移动机器人输入受限问题。轮式移动机器人作为具有饱和执行器

的不确定系统，可用黎艳等[8]的控制方法来处理。另外，很多文献将滑模控制应

用于轮式移动机器人的研究中。Park等[9]针对轮式移动机器人的运动学、动力学

和电机动力学模型，利用反步法和动态面技术设计了具有σ修正的电压自适应控

制器，实现了轨迹跟踪控制。针对模型中存在未知参数或外部扰动的情形，Hou

等[10]和Hwang等[11]设计了自适应鲁棒模糊控制器来解决轨迹跟踪控制问题。

Do等[1