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[1]马晓敏,刘丁,辛菁,等.移动机器人生物启发式变结构轨迹跟踪控制[J].电机与控制学报,2018,22(07):97-106.[doi:10.15938/j.emc.2018.07.013]
 MA Xiao-min,LIU Ding,XIN Jing,et al. Biologically inspired variable structure trajectory trackingcontrol for a mobile robot[J].,2018,22(07):97-106.[doi:10.15938/j.emc.2018.07.013]
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移动机器人生物启发式变结构轨迹跟踪控制()
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《电机与控制学报》[ISSN:1007-449X/CN:23-1 408/TM]

卷:
22
期数:
2018年07
页码:
97-106
栏目:
出版日期:
2018-10-31

文章信息/Info

Title:
 Biologically inspired variable structure trajectory trackingcontrol for a mobile robot
作者:
 马晓敏12 刘丁1 辛菁1 张友民2
 ( 1. 西安理工大学 陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室,陕西 西安 710048;2. 康考迪亚大学 机械、工业与航空工程系,蒙特利尔 H3G 1M82)
Author(s):
MA Xiao-min12 LIU Ding1 XIN Jing1 ZHANG You-min2
  ( 1. Shaanxi Key Laboratory of Complex System Control and Intelligent Information Processing,Xi’an University ofTechnology,Xi’an 710048,China; 2. Department of Mechanical,Industrial and Aerospace Engineering,Concordia University,Montreal H3G 1M82,Canada)
关键词:
 移动机器人 生物膜电压模型 轨迹跟踪 反演控制 滑模变结构
Keywords:
 mobile robot biological membrane voltage model trajectory tracking back-stepping slidingmode variable structure
分类号:
TP 273
DOI:
10.15938/j.emc.2018.07.013
文献标志码:
A
摘要:
 针对移动机器人反演轨迹跟踪控制中的速度跳变与速度跟踪问题,提出一种采用生物膜电压模型和反演滑模方法的移动机器人生物启发式变结构轨迹跟踪控制系统。首先基于移动机器人的运动学模型建立位姿跟踪回路,即利用生物启发式膜电压模型获取虚拟的位姿误差信号,并结合Lyapunov 函数设计反演控制器来解决速度跳变; 然后考虑移动机器人的动力学模型设计速度跟踪回路,构造基于组合趋近律的滑模变结构力矩控制器来保证速度跟踪; 接下来,根据 Lyapunov 理论对所提系统的稳定性进行证明; 最后,以 iRobot Create 移动机器人为控制对象进行直线、圆和折线轨迹跟踪控制的仿真研究。通过分析比较初始阶段和拐点处的跟踪误差、速度和力矩,验证了所提系统的有效性。
Abstract:
 To address both velocity-jump and velocity-tracking problems in back-stepping trajectory track-ing control for mobile robots,a biologically inspired variable structure trajectory tracking control systembased on biological membrane voltage model and back-stepping sliding mode methods is proposed. Byconstructing posture tracking loop based on kinematics,virtual posture errors were firstly obtained by usingthe bio-inspired membrane voltage model and the back-stepping controller was designed by choosing aLyapunov function to solve the velocity-jump problem. Secondly,designing velocity-tracking loop basedon dynamic model,a combined asymptotic law was utilized to construct a sliding mode variable structuretorque controller,which guarantees the velocity-tracking. The stability of the hybrid control system wasproved by Lyapunov functions. Finally,
straight line,circular path and polyline were used as the desiredpaths in the simulation experiments which were carried out on iRobot Create to verify the performance ofthe proposed control system. Through comparing tracking errors,velocities and torques at the initial stage and turning points,the effectiveness of the proposed system is demonstrated.

参考文献/References:

 

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备注/Memo

备注/Memo:
 收稿日期: 2017 - 08 - 05
基金项目: 国家自然科学基金( 61573282) ; 陕西省自然科学基金( 2016JM6006) ; 国家留学基金委资助( 201508610098)
作者简介: 马晓敏( 1987—) ,女,博士研究生,研究方向为移动机器人的运动控制;
刘 丁( 1957—) ,男,教授,博士生导师,研究方向为复杂系统的建模与控制;
辛 菁( 1975—) ,女,教授,研究方向为移动机器人自主导航;
张友民( 1963—) ,男,教授,博士生导师,研究方向为故障诊断、容错控制系统。
更新日期/Last Update: 2018-09-28