專利名稱：輪式移動機器人的模糊滑模驅(qū)動控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輪式移動機器人的驅(qū)動控制方法，屬于機器人控制系統(tǒng)及其控制算法領域。
背景技術：
輪式移動機器人在代替人類從事危險作業(yè)、星球探測以及極地科考等工作中應用十分廣泛。根據(jù)車輛地面力學的研究成果，輪式移動機器人車輪在土壤上行駛，土壤顆粒受力發(fā)生變形流動，車輪會產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。當土壤提供的最大推力所對應的滑轉(zhuǎn)率低于車輪滑轉(zhuǎn)率時，車輪便形成滑轉(zhuǎn)下陷。車輪的下陷量與車輪的滑轉(zhuǎn)程度密切相關，當車輪滑轉(zhuǎn)程度增加時，車輪的下陷量也會增加，車輪過度的滑轉(zhuǎn)必然導致過度的下陷。車輪過度的下陷則將導致車輪前進阻力的急劇增加，致使機器人陷入松軟的路面甚至不能行駛。為了避免過度的滑轉(zhuǎn)下陷，保證輪式移動機器人的正常行駛，需要對車輪的滑轉(zhuǎn)下陷進行限制。限制車輪 滑轉(zhuǎn)下陷的一個簡單有效的辦法就是控制車輪的滑轉(zhuǎn)的程度，即滑轉(zhuǎn)率。控制輪式移動機器人車輪滑轉(zhuǎn)率不但可以控制其車輪的滑轉(zhuǎn)程度，使機器人不至于陷入困境，保證機器人的正常行駛，在輪式移動機器人處于正常行駛狀態(tài)時，還能提高輪式移動機器人的能源利用率，節(jié)省機器人攜帶的有限能源。由于輪式移動機器人車輪控制模型的非線性以及地面參數(shù)的不確定，應用在輪式移動機器人上的控制算法必須具有魯棒性強、控制精度高等特點。目前應用于輪式移動機器人驅(qū)動控制的方法主要有模糊控制、滑模控制等智能控制算法。模糊控制算法雖然具有魯棒性強，抗干擾性強等優(yōu)點，但是模糊控制器參數(shù)必須反復試湊才能確定；滑模控制算法可以不依賴系統(tǒng)的模型，但其缺點就是系統(tǒng)本身的抖振不能消除，嚴重影響系統(tǒng)的控制精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種輪式移動機器人的模糊滑模驅(qū)動控制方法。模糊滑模控制是將模糊控制和傳統(tǒng)的滑模控制相結合，模糊滑模控制算法兼有模糊控制及滑模控制的優(yōu)點。為了達到上述發(fā)明目的且避免或減輕兩者的缺點，本發(fā)明的構思是模糊滑模控制相對于常規(guī)模糊控制的變化具有兩個方面的重要意義，一是控制目標從跟蹤誤差轉(zhuǎn)為滑模函數(shù)，只要施加控制使滑模函數(shù)s為零，跟蹤誤差將漸進到達零點；二是對于/ >2的高階系統(tǒng)，在常規(guī)模糊控制中輸入應為
，而模糊滑模控制的輸入(sj)始終是二維的。總之，在/ >2的特定情況下，模糊
滑模控制具有簡化模糊控制系統(tǒng)結構復雜性的作用。對于滑模控制而言，模糊滑模控制的意義在于它柔化控制信號，減輕或避免了一般滑模控制的抖振現(xiàn)象。根據(jù)上述發(fā)明構思，本發(fā)明的技術方案是一種輪式移動機器人的模糊滑模驅(qū)動控制方法，其特征在于，包括如下步驟1)根據(jù)車輛地面力學理論，分析輪式移動機器人剛性車輪與地面的接觸特性，建立輪式移動機器人行駛動力學模型；2)根據(jù)系統(tǒng)特征，確定系統(tǒng)的控制輸入和控制輸出，建立以車輪滑轉(zhuǎn)率為系統(tǒng)狀態(tài)變量的輪式移動機器人控制系統(tǒng)模型；3)設計系統(tǒng)中的模糊控制器和滑模控制器，建立輪式移動機器人驅(qū)動控制系統(tǒng)。根據(jù)所述步驟I)中的車輛地面力學理論，輪式移動機器人車輪滑轉(zhuǎn)率$定義如下
權利要求
1.一種輪式移動機器人的模糊滑模驅(qū)動控制方法，包括步驟1)根據(jù)車輛地面力學理論，分析輪式移動機器人剛性車輪與地面的接觸特性，建立輪式移動機器人行駛動力學模型；2)根據(jù)系統(tǒng)特征，確定系統(tǒng)的控制輸入和控制輸出，建立以車輪滑轉(zhuǎn)率為系統(tǒng)狀態(tài)變量的輪式移動機器人控制系統(tǒng)模型；3)設計系統(tǒng)中的模糊控制器和滑模控制器，建立輪式移動機器人驅(qū)動控制系統(tǒng)。
2.如權利要求I所述輪式移動機器人的模糊滑模驅(qū)動控制方法，其特征在于根據(jù)步驟I)中的車輛地面力學理論，輪式移動機器人車輪滑轉(zhuǎn)率定義如下
3.如權利要求2所述輪式移動機器人的模糊滑模驅(qū)動控制方法，其特征在于所述步驟2)中對輪式移動機器人的滑轉(zhuǎn)率和行駛動力模型綜合分析可得輪式移動機器人控制模型的狀態(tài)空間方程
4.如權利要求1所述輪式移動機器人的模糊滑模驅(qū)動控制方法，其特征在于所述步驟.4)中的設計系統(tǒng)的滑膜控制器選取切換面函數(shù)S
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輪式移動機器人的模糊滑模驅(qū)動控制方法。包括步驟根據(jù)車輛地面力學理論，分析輪式移動機器人剛性車輪與地面的接觸特性，建立以車輪滑轉(zhuǎn)率為系統(tǒng)狀態(tài)變量的輪式移動機器人行駛動力學模型；根據(jù)系統(tǒng)特征，確定系統(tǒng)的控制輸入和控制輸出，建立輪式移動機器人控制模型；建立輪式移動機器人車輪滑轉(zhuǎn)率控制系統(tǒng)。本發(fā)明應用在對輪式移動機器人的驅(qū)動控制上，可以將輪式移動機器人的車輪滑轉(zhuǎn)率控制在期望值上，這樣就能在機器人行駛的過程中控制車輪的滑轉(zhuǎn)程度，從而有效的提高輪式移動機器人的能源利用率。
文檔編號G05B13/04GK102880051SQ20121035585
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權日2012年9月24日
發(fā)明者劉吉成, 李斌, 唐森隆, 劉穎慧, 劉樹林, 周曉君, 翟宇毅 申請人:上海大學