两轮差速移动机器人仿人智能自适应Backstepping点镇定控制

【摘要】：两轮差速移动机器人具有结构简单、自重轻、承载大、行走速度快、工作效率高等一系列的突出优点,这使得两轮差速移动机器人被广泛地应用。两轮差速移动机器人属于典型的运动学非完整约束系统,其驱动系统存在动力学饱和等非线性特性。由于机器人车轮与电机的机械间隙、电机与齿轮箱的机械间隙和电机轴上的黏性摩擦系数变化等因素的影响,导致系统模型参数具有明显的不确定性。而这些因素往往会使控制系统的控制效果变差,甚至导致系统不稳定。因此针对上述问题的两轮差速移动机器人点镇定控制研究具有重要的理论研究意义和实际应用价值。本文主要完成的研究内容如下:(1)基于牛顿—欧拉法建立了具有反映机器人车轮与电机的机械间隙、电机与齿轮箱的机械间隙和电机轴上的黏性摩擦系数变化等因素的两轮差速移动机器人动力学模型,并分析了相关系统模型特性。(2)提出了一种具有上下两层结构的仿人智能自适应Backstepping(HSIAB)点镇定控制器,该控制器上层为基于多模态仿人智能设计的智能决策控制层,下层为基于牛顿—欧拉法建立的动力学模型的自适应Backstepping电流控制层,从而起到自适应调节底层执行电机电流的作用。(3)针对执行器的饱和问题,设计了电流可控直流电机双闭环调速系统,并搭建了直流电机双闭环实物平台,在该平台上验证了电机电流可调控制的有效性,实现了对电机启动加速度的控制,并使两轮差速移动机器人的两个直流伺服电机系统的控制性能基本一致。(4)搭建了两轮差速移动机器人的仿真和实物平台。并在仿真平台上比较了本文所提出的控制算法与Backstepping点镇定控制算法的控制效果;在实物平台上比较了本文所提出的控制算法与多模态仿人智能控制算法的控制效果。证明了本文所提出的点镇定控制算法的有效性。