基于Backstepping和神经动力学的非完整移动机器人点镇定.pdf

第3期
2011年3月
ACTA EIECTRONICA SINICA
2011
基于 Backstepping和神经动力学的
非完整移动机器人点镇定
曹政才12,赵应涛2,吴启迪2
(1.北京化工大学信息科学与技术学院,北京10009;2.问济大学嵌入式系统与服务计算教育部重点实验室,上海201804)
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,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; Backstepping;神经动力学
中图分类号:124
文献标识码:A
文章编号:0372-2112(2011)03-059105
Point Stabilization of a Nonholonomic Mobile Robot Based on
Backstepping and Neural Dynamics
CAO Zheng-cai,, ZHAO Ying-tao. 2, WU Qi-i
(1 ge f f m a d e ng s y f ma chn, Being 10029,C
2 The e L oy of d d S c m g M E anghi20180 C
Abstrac Tain nonholonomic weed mobile ro as e research objective, this paper makes a deep study of point sta
biz p m Ba n e r mel in plar ne an mel f wheeled mile robots, a asymp o point sta
bilization controller is designed by the in e ation of neural d nami and Backs epping. This control strategy can solve the velocity
and torque jump problem produced by initial error, and make the robot converge to target point quickly. Computer simulations vali
date the effectiveness of the proposed approach
Key words: nonoonmi moi n aiiz n u er moel; Backs epping; neural dynamics
1引言
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;文献[5]设计一种基于人T
近年来,非完整移动机器人运动控制已经成为机器势场法的镇定控制器,并采用遗传算法来优化控制器参
人领城硏究的热点.根据控制目的不同,分为跟踪控制数.文献[6]提出一种光滑时变控制规律,并考虑模型参
和点镇定∴跟踪控制就是设计控制器使机器人能有效跟数不确定性,利用自适应方法对参数进行修正;表辛哲
踪已知的参考轨迹;点镇定的目的是合理设计反馈控制等人采用 I yapunov理论设计移动机器人镇定控制器,
规律,使机器人渐近稳定在日标点
解决速度跟踪问题.以上方法对于解决点镇定问题有
跟踪控制问题引起广泛学者关注. Klancarl川提出
定借鉴作用,但未考虑因机器人具有初始位姿误差或误
种模型预浏控制方法来解决跟踪问题;针对模型参数的差变化较大时,会引起速度和力矩突变问题
不确定性,文献[2]采用自适应的方法来跟踪已知轨迹;
综述国内外移动机器人点镇定研究现状的基础上,
文献[3]将神经动力学融合到后退控制方法中,并采用本文利用 Backstepping和神经动力学结合的方法,设计
自适应参数模型来实现机器人鲁棒跟踪控制.这些方法具有渐近稳定的控制器,来解决移动机器人点镇定问
已经为机器人跟踪控制的实际应用提供充分理论依据.题,仿真结果表明该方法可有效抑制速度和力矩突变,
然而点镇定作为运动控制的基本问题之一,人们却实现机器人从任意点到任意点的渐近镇定
收稿日期:2010-01-22;修回日期:2010-03
基金项目:机器人技术与系统国家重点实验室开放研究项目(No. SKLRS-2010-MS-14);北京化工大学创新基金(No.091001021)