(5)计算力矩方法这种算法比较复杂，因此在研究领域中也较少有学者使用。计算力矩方法主要是针对控制系统中的驱动电机的转动力矩进行控制，从而实现对整个系统的控制。但由于这种方法对系统的控制参数精度要求过高，只有在理想的状态下才可能运用。在实际运用中，轮子与地面的摩擦和外界干扰都是使系统出现不稳定的情况，因此这种方法的研究意义并不大。

1.4论文研究内容和组织结构

本文以轮式移动机器人为对象，设计一种跟踪控制器来完成移动机器人对轨迹的跟踪，共分为4章，各章具体的工作和安排如下:

第一章绪论，主要介绍轮式移动机器人的研究背景和意义，以及目前国内外对此课题的研究成果和对未来发展方向的展望。

第二章建立了轮式移动机器人的运动学模型，为轮式移动机器人轨迹跟踪控制律的设计奠定了基础，并介绍了非完整约束和非完整系统的概念和性质。

第三章介绍了滑动变结构控制，描述了滑动模态的定义，滑模变结构的定义，介绍了几种滑动变结构的趋近律，为设计轮式移动机器人轨迹跟踪控制律提供了理论基础。

第四章用滑模变结构控制的方法设计了轮式移动机器人的位置控制律和姿态控制律方程，并通过数值仿真验证了所设计的控制律的正确性和有效性。

最后是结论和展望，对全文的研究工作进行了简要的总结，并对该课题研究方向提出了展望。

第二章轮式移动机器人运动学模型

2.1非完整约束和非完整系统概述

系统分为完整约束系统与非完整约束系统。完整约束系统是指系统的约束方程可以由相对于质点的二维坐标及时间t(xi,yi,ti(i=1,…n))解析，或者可以用有限方程（非微分方程）来显示。该方程仅限制受控对象在空间中的位置，或者同时限制空间位置及运动速度，但通过积分该解析方程，则可以得到对受控对象的位置约束，又被称之为几何约束。完整约束是一种理想的情况，它的一般形式为：

如果系统约束的解析微分方程式不可以进行积分的，则称之为非完整约束。在非完整约束中，系统的空间位置和运动速度会同时受到限制，并且不能进行积分，将方程转换为对空间位置的约束方程。非完整约束总体上可以分为两种：(1)运动约束，只限制系统的运动方向的约束；(2)动态约束，使系统中不施加力的被动自由度达到动态平衡约束。

判断约束是哪种约束的方法主要有：通过是否可积和Frobenius定理判断。我们称系统的解析方程为完整约束的系统为完整系统，而解析方程为非完整约束的系统为非完整系统。

完整性系统是完整约束下的产物，指的是运动系统约束在一个光滑的超曲面的范围内，相应的控制系统约束在一个给定的两个点之间的运动。因此，非完整系统在外部存在干扰时，使得控制系统难以控制，非完整系统控制律的设计成为解决该类问题最直接可行的方法。由于非线性系统的数学表达式一般很难清晰的表达出来，所以一般对非线性系统不求解其微分方程，而是直接研究解的类型和性质。在以下研究中所用到的移动机器人均属于非完整系统范畴。

2.2轮式移动机器人的非完整特性

一个系统是否可积，可以根据解析方程对系统的哪个参量进行限定判断。如果解析式限定了系统的运动位置，则系统是可积的为完整系统。如果解析式限定的是系统的整个运动过程进行了限定，则该系统不可积为非完整系统。