【摘 要】
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轮式移动机器人（wheeled mobile robot,WMR）因其灵活、运行稳定,已经广泛出现在各个领域,用于降低人力成本,娱乐、代步,或者作为高新技术的验证平台。因为WMR前进速度和转向速度两控制回路之间存在耦合,影响运动控制精度,也给非线性的轨迹跟踪控制器设计带来挑战。因此,减小控制回路间的相互作用是实际应用中需要解决的一类关键技术问题。此外,因为现有的轨迹跟踪控制器不能兼顾结构简单、控制
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轮式移动机器人（wheeled mobile robot,WMR）因其灵活、运行稳定,已经广泛出现在各个领域,用于降低人力成本,娱乐、代步,或者作为高新技术的验证平台。因为WMR前进速度和转向速度两控制回路之间存在耦合,影响运动控制精度,也给非线性的轨迹跟踪控制器设计带来挑战。因此,减小控制回路间的相互作用是实际应用中需要解决的一类关键技术问题。此外,因为现有的轨迹跟踪控制器不能兼顾结构简单、控制性能好、参数易整定,关于轨迹跟踪控制方法的研究仍具有一定的研究价值。本文以两轮差速WMR系统为研究对象,基于自适应抗扰PID（disturbance rejection PID,DR-PID）方法,设计WMR速度抗扰控制策略;基于状态反馈思想,设计结构简单、跟踪误差快速收敛的轨迹跟踪控制器,进而实现高性能运动控制。本文的主要工作和特色包括:1.分析零点型DR-PID在不同零点分布情况下对系统的影响,并给出了经典PID控制器中积分时间常数与微分时间常数之比小于4时DR-PID的参数设计方法,使DR-PID更具一般性;2.针对一类非线性系统,提出一种误差驱动模型下的自适应DR-PID控制方法。该方法在常规无模型自适应控制中引入泛化误差指标,在优化设计下建立了一类误差驱动模型,并揭示了指标函数权值与DR-PID控制器参数之间的关联,为指标函数引入抗扰机制。进一步,基于跟踪误差设计自适应调节机制,提升控制性能;相较于常规无模型自适应控制,对跟踪误差更加敏感,对扰动抑制能力更出色;3.提出一种跟踪误差快速收敛的轨迹跟踪控制方法。首先,将跟踪误差微分方程整理为矩阵相乘形式,根据误差状态间的收敛关系,设置跟踪误差状态收敛的次序;然后,基于状态反馈思想,设计矩阵内未知量来实现跟踪误差按照期望次序收敛,同时保持控制器参数与控制效果两者变化定性一致,进而为实现跟踪误差快速收敛提供保证;最后,根据理论分析与近似处理,得到轨迹跟踪控制器参数整定规则。
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