机器人跟踪控制方法的应用已开始由单一手段逐渐向多手段结合深入发展。对于轮式机 器人轨迹跟踪的研究,由于其系统受到非完整约束,在对于有较大初始误差和扰动以及对于 任意轨迹的跟踪方面目前的研究仍有许多可以改进的部分。对于滑模控制来说,由于方法自 身的原因,抖动问题在应用中无法避免。因此,有效地削弱系统的抖动,令系统的抖动可以 降低至不影响控制性能的范围之内,依然是一个重要的研究点。75312

当机器人不满足光滑状态反馈镇定条件时,无法将反馈线性化用于控制器的设计中。另 外,光滑定常反馈也同样不适用于非完整约束条件下的系统控制。文献[3]把约束的定义作为 切入点。文中通过系统特点分析,推导出了机器人的运动学规律,从而实现了对象的稳定控 制。

将李雅普诺夫直接方法和积分反推方法结合,可以实现轮式机器人的轨迹跟踪,对于满 足条件的部分参考轨迹可以达到渐近稳定跟踪。为了将适用范围扩大,部分研究者在这一基 础上进行了优化改进。文献[4]融合了模糊控制的方法。设计出的光滑反馈控制律可以实现对 侧向误差大小不定机器人的良好镇定。文献[5]结合了自适应控制技术。通过推导,所设计出 的控制器可准确跟踪直线和椭圆两种轨迹,做到全局渐近稳定。文献[6]引入了新的虚拟反馈 量,设计了一种轨迹跟踪算法。文献[7]主要采用了自适应滑模控制的方法。文章的创新之处在于,通过设置中间虚拟控制量,能够对所设计的控制器进一步简化。文献[8]采用了降阶的 思想,通过分解将系统变为低阶子系统以简化处理。同时,利用非奇异终端滑模技术,避免 了传统滑模控制中可能存在的奇异点问题。文献[9]采用了变结构控制的方法。通过设计一个 变结构控制的切换函数,使得跟踪控制器的性能提高,可以实现良好跟踪。为了削弱系统中 可能出现的抖振,文中利用连续化将符号函数进行了替代。

采用动态反馈线性化的方法进行控制会使得系统的维数较高,与传统滑模控制类似地, 也会出现奇异点问题。文献[10]设计出了一种统一标准型。利用这一标准形式,将机器人的 各类模型进行转化,得出性能较好的控制器。这样设计出来的控制器既不存在奇异点,维数 又相对较低,具有较好的性能。论文网

对于滑模控制而言,选取合适的滑动面可以对机器人的几何约束进行消除。文献[11]基于 极坐标系实现了轮式机器人的滑模控制。文中主要通过合适滑动面的选取消除了姿态约束, 对控制进行了一定的简化。同时,系统中一共设有两个控制器,分别用于跟踪位置误差和方 向误差,系统性能较好。

在实际系统中,地形和行进状态都是非理想的。文献[12]考虑了存在地形不平、车轮各 向滑移干扰的情况。文章提出了更具有一般性的机器人建模方式,与实际情况更加贴近。文 献[13]的研究对象是存在滑移情况的机器人。文章进行了运动学模型的建立,并结合 Lyapunov 函数提出了相应的控制算法。文献[14]研究了航向跟踪问题。利用航向预估算法结合传统 PID 算法进行系统设计,实现了航向的稳定跟踪。

点镇定是滑模控制领域中的又一关注点。文献[15]主要关注了机器人的点镇定问题。文 中针对运动学模型参数不确定的系统,推导出了设计光滑时变镇定控制器的参数选择条件。 这一条件可以很好地保证系统的鲁棒性。文献[16]研究了机器人的鲁棒镇定问题。文中阐述 了一种收缩模型预测控制(FSC-MPC)算法,能够很好地解决轨迹跟踪和点镇定的初始状态 问题。

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