非平衡负载下轮式移动机器人的抗扰PID控制

李高铭,聂卓赟,李兆洋,郑义民,罗继亮

(华侨大学信息科学与工程学院,福建厦门 361021)

1 引言

轮式移动机器人(wheeled mobile robot,WMR)在军事、工业等领域有广泛应用前景.为提高运动控制精度,一般需要加装激光雷达等传感器进行定位和位置、速度校正[1-2],另一种方式则是依靠高性能运动控制算法,减小运动任务执行偏差[3-4].由于存在左右轮负载不均衡与运动耦合等因素,WMR在运动过程中产生较大偏差.因此,克服非平衡负载与运动耦合影响,在提高WMR的运动控制精度中具有重要作用.

对于WMR运动控制问题,涌现出很多非线性控制理论相关的控制方法,例如：滑模控制[5]、反演法控制[6-9]等.文献[7]利用反演法设计全局自适应跟踪控制器,解决存在参数和非参数不确定性的链式动态非完整机器人系统运动控制问题.文献[9]提出一种用于提升WMR瞬态性能和抑制跟踪误差能力的双时间尺度滤波技术,并设计反演控制器实现目标跟踪.这类非线性控制方法主要以期望运动学模型为跟踪目标,构建基于姿态跟踪误差的跟踪控制器,在稳定性条件与一致有界性下,使跟踪误差收敛;在速度控制上,则主要基于动力学模型进行控制器设计,而这就要求对WMR系统进行精确的动力学建模,较难在常规WMR上应用.特别是,当WMR具有非平衡负载时,WMR的动力学模型变化较大,运动速度耦合对控制性能的影响也变得非常明显.

目前,针对非平衡负载下WMR的控制问题,主要采用静态解耦方法进行……