基于Backstepping和神经动力学的非完整移动机器人

以非完整移动机器人为控制对象,围绕机器人运动控制中重要的点镇定问题进行深入研究.本文在考虑移动机器人模型和极坐标系下的位姿误差模型基础上,提出一种Backstepping与神经动力学相结合方法,设计具有渐近稳定的点镇定控制器.该控制方法能有效解决因初始误差存在而引起的速度和力矩突变问题,使机器人从静止状态快速收敛到任意参考点,实现机器人各种期望位姿的有效镇定.通过计算

第 3期21年 3 01月

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基于 B cs pig和神经动力学的 akt pn e非完整移动机器人点镇定曹政才一赵应涛，,,,吴启迪一(. 1北京化工大学信息科学与技术学院，北京 10 2; . 009 2同济大学嵌入式系统与服务计算教育部重点实验室，上海 2 10 ) 0 84

摘

要：以非完整移动机器人为控制对象， 围绕机器人运动控制中重要的点镇定问题进行深入研究 .本文在考

虑移动机器人模型和极坐标系下的位姿误差模型基础上，出一种 B csp i提 akt p g与神经动力学相结合方法，计具有 e n设渐近稳定的点镇定控制器 .该控制方法能有效解决因初始误差存在而引起的速度和力矩突变问题，使机器人从静止状

态快速收敛到任意参考点，实现机器人各种期望位姿的有效镇定 .通过计算机仿真验证所提出控制规律的有效性 . 关键词：非完整移动机器人；点镇定；位姿误差模型；Bcs pi;神经动力学 akt p g e n中图分类号： T 2 P4文献标识码： A 文章编号： 07—12(0 1 0—5 1 5 322 1 2 1) 309— 0

P itS a i a in o n oo o c Mo i b tB s d o on t bl t fa No h ln mi i o z bl Ro o a e n e B c se pn n u a n mi a k t p ig a d Ne r l Dy a c sCAO h n— a一 ZHAO n—a 12 WU Q.i Z e g c i,. Yi g to, i d,

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K y wo d: n n o o o c mo i o o; o ts bl a o; s r ro d lBa k tp ig n u a d a c e rs o h ln mi bl r b t p i t i z t n p t e er rmo e; c se pn; e rl y mis e n a i i o u n

1引言近年来，非完整移动机器人运动控制已经成为机器

对其研究甚少 .文献[] 4利用状态空间反馈线性化的方法解决移动机器人点镇定；献[]文 5设计一种基于人工

人领域研究的热点 .根据控制目的不同，为跟踪控制分和点镇定 .跟踪控制就是设计控制器使机器人能有效跟踪已知的参考轨迹；点镇定的目的是合理设计反馈控制规律，使机器人渐近稳定在目标点 . 跟踪控制问题引起广泛学者关注 .1 c 1出一 1a (n J提种模型预测控制方法来解决跟踪问题；针对模型参数的不确定性

,献[用自适应的方法来跟踪已知轨迹；文 2采 3 文献[] 3将神经动力学融合到后退控制方法中，采用并

势场法的镇定控制器，并采用遗传算法来优化控制器参数.文献[]出一种光滑时变控制规律， 6提并考虑模型参数不确定性，利用自适应方法对参数进行修正；裴辛哲等人 _采用 Lauo理论设计移动机器人镇定控制器， 7 J ypnv 解决速度跟踪问题 .以上方法对于解决点镇定问题有一定借鉴作用，但未考虑因机器人具有初始位姿误差或误差变化较大时，引起速度和力矩突变问题 .会 综述国内外移动机器人点镇定研究现状的基础上，

自适应参数模型来实现机器人鲁棒跟踪控制 .这些方法已经为机器人跟踪控制的实际应用提供充分理论依据 .

本文利用 B cs p i akt p g和神经动力学结合的方法， e n设计具有渐近稳定的控制器，解决移动机器人点镇定问来题，仿真结果表明该方法可有效抑制速度和力矩突变， 实现机器人从任意点到任意点的渐近镇定 .

然而点镇定作为运动控制的基本问题之一，人们却

收稿日期： 1—12; 0 2 00.2修回日期：000—8 2 1-31基金项目：器人技术与系统国家重点实验室开放研究项目( oS L S2 1一 S1)北京化工大学创新基金 ( o1 10 0 1机 N .K R一 0M -4; 0 N .90 12 ) 3