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轮式移动机器人轨迹跟踪的最优控制

Optimal Control of Wheeled Mobile Robot Trajectory Tracking

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【作者】 王仲民岳宏李充宁刘继岩

【Author】 Wang Zhongmin~(1,2),Yue Hong~(1,3),Li Chongning~2,Liu Jiyan~2 (()~1 Institute of Robotic and Automation,Hebei University of Technology,Tianjin 300130;()~2 Department of Mechanical Engineering,Tianjin University of Technology and Education,Tianjin 300222;()~3 Robotics Laboratory,Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110015)

【机构】 河北工业大学机器人及自动化研究所天津工程师范学院机械工程系天津工程师范学院机械工程系 天津300130天津300222天津300130中国科学院沈阳自动化所机器人学重点实验室沈阳110015

【摘要】 深入分析了轮式移动机器人的运动状态,建立了WMR路径偏差系统的非线性数学模型。应用小偏差线性化理论,将该多输入多输出非线性系统简化成一个单输入单输出线性系统。然后基于线性二次型调节器理论进行了系统最优控制器的设计,并针对该理论中加权矩阵Q与R难以确定的问题,从控制效果出发,采用自适应遗传算法对其进行了优化。实现了移动机器人对预定轨迹的满意鲁棒跟踪,同时满足了实时性要求。实验结果证明了该方法的正确性与实用性。

【Abstract】 Firstly,a wheeled mobile robot′s(WMR) motion states are analyzed,and then its path deviation system′s nonlinear mathematic model is established,on the basis of which,by using small deviation linearization theory,a nonlinear multi-input and multi-output system is simplified into a linear single-input and single-output one.Secondly,an optimal control system is designed on a linear quadratic regulator(LQR) basis.Because it is difficult to determine the weighted matrix Q and R,an adaptive genetic algorithm for optimizing the LQR is adopted to control it effectively.In this way the WMR realizes satisfactory robust tracking to the pre-determined trajectory and meets real-time demands at the same time.Finally experimental results show the correctness and validity of this method.

【基金】 中科院沈阳自动化所机器人学重点实验室项目(RL200202)资助
  • 【文献出处】 机械科学与技术 ,Mechanical Science and Technology , 编辑部邮箱 ,2006年01期
  • 【分类号】TP242
  • 【被引频次】16
  • 【下载频次】725
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