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智能服务机器人研究:现代控制算法(四)

作者:景行慧动 来源:原创 时间:2022-10-26

从轮式智能机器人的运动模型我们可以看出.该系统是一个高度非线性的系统,在对其的控制上具有相当的难度。正是由于这个问题应用的广泛性和难度上的挑战性,现在越来越多的专家学者投人到这问题的研究中,其研究成果被广泛运用于无人送餐机器人酒店引导机器人等民用机器人中。


无人配送机器人


轮式无人配送机器人的系统是典型的非线性系统.存在着多种不可预见的外部干扰;滑模变结构具有快速响应.且对参数变化及扰动不灵敏等优点.所以智能服务机器人控制是近年来滑模变结构控制的主要应用对象之一。设计滑模变结构控制器的基本步骤包括两个相对独立的部分:


(1)设计切换丽数s(x) .使它所确定的滑动模态渐近稳定且具有良好的动态品质。

(2)设计滑动模态控制率u(x).使到达条件得到满足,从而在切换面上形成滑动模态区。


一旦切换函数s(xr)和滑动模态控制率u(x)都得到了.滑动模态控制系统就能完全建立起来。


滑模运动包括趋近运动和滑模运动两个过程。系统从任意初始状态趋向切换面,直到到达切换面的运动称为趋近运动.即趋近运动为s→0的过程。根据滑模变结构原理.滑模可达性条件仅保证由状态空间任意位置运动点在有限时间内到达切换面的要求,而对于趋近运动的具体轨迹未作任何限制,采用趋近律的方法可以改善趋近运动的动态品质。典型的趋近律有等速趋近律、幂次趋近律,一般趋近律以及指数趋近律。其中指数趋近律如式s =-E*sgn(s)-kos e> 0,k二> 0式中,=-ks是指数趋近律,其解为s=s(0)e "。


指数趋近中,趋近速度从一较大值逐步减小到零,不仅缩短了趋近时间,而且使运动点到达切换面时的速度很小。对单纯的指数趋近.运动点逼近切换面是一一个渐近的过程.不能保证有限时间内到达.切换面上也就不存在滑动模态了,所以要增加一个等速趋近项:=-esgn(s).使当s接近于零时.趋近速度是e而不是零,可以保证有限时间到达。在指数趋近律中,为了保证快速趋近的同时消弱抖振。应在增大k的同时减小e.由于指数趋近律有以上优势,在很多滑模变结构控制中经常采用指数趋近律进行设计。设计切换函数s= ce+e式中:s为切换函数:c为调整系数;e为系统跟踪误差。


滑模控制中,控制律通常由等效控制和切换控制组成.等效控制将系统状态保持在滑模面上.切换控制迫使系统状态在滑模面上滑动。τ=τ_十τxm式中:τ为等效控制转矩:t..为切换控制转矩。