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机械工程学报 2018年第18期54卷 129-139页

作者：章仁燮熊璐余卓平柏满飞付志强同济大学汽车学院上海201804 同济大学智能型新能源汽车协同创新中心上海201804

提出一种基于条件积分算法的无人驾驶车辆轨迹跟踪鲁棒控制方法,使无人驾驶车辆跟踪一个给定的参考轨迹。所设计的轨迹跟踪控制器由两个子控制器构成,运动学控制器和动力学控制器。基于条件积分算法,运动学控制器考虑到车辆质心位置存... 详细信息

提出一种基于条件积分算法的无人驾驶车辆轨迹跟踪鲁棒控制方法,使无人驾驶车辆跟踪一个给定的参考轨迹。所设计的轨迹跟踪控制器由两个子控制器构成,运动学控制器和动力学控制器。基于条件积分算法,运动学控制器考虑到车辆质心位置存在误差和横摆角速度上界的情况,根据车辆相对轨迹的非线性运动学关系得到有界的车辆期望横摆角速度来实现车辆相对轨迹的侧向位移误差的全局渐进稳定。之后为满足期望横摆角速度需求,设计动力学控制器。基于条件积分算法,动力学控制器考虑到车辆参数的不确定性和执行器约束,根据车辆动力学方程得到有界的车辆前轮转角控制率来实现横摆角速度跟踪误差的渐进稳定,最终使车辆行驶在期望的轨迹上。并且控制算法在实现被控量渐进稳定的同时,给出车辆航向角和质心侧偏角稳态时的理论值。最后通过仿真验证车辆在较大的初始位移误差、航向角误差和侧向加速下能够实现车辆良好的轨迹跟踪效果,并且通过实车试验验证控制方法的有效性。

关键词：无人驾驶车辆轨迹跟踪条件积分算法运动学控制器动力学控制器

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移动机器人自适应神经滑模轨迹跟踪控制

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控制工程 2018年第11期25卷 1965-1970页

作者：宋立业邢飞辽宁工程技术大学电气与控制工程学院

针对质心和几何中心不重合情况下轮式移动机器人的轨迹跟踪问题,提出了一种鲁棒项系数自调整的自适应神经滑模轨迹跟踪控制策略。首先选择适当的Lyapunov函数设计运动学控制器,其次基于反演方法和积分滑模控制思想设计出自适应神经滑模... 详细信息

针对质心和几何中心不重合情况下轮式移动机器人的轨迹跟踪问题,提出了一种鲁棒项系数自调整的自适应神经滑模轨迹跟踪控制策略。首先选择适当的Lyapunov函数设计运动学控制器,其次基于反演方法和积分滑模控制思想设计出自适应神经滑模动力学控制器。利用自适应径向基神经网络（RBF）分别调节控制律的等效控制部分和切换增益,有效地消除了系统不确定参数和未知扰动的影响,并运用Lyapunov方法证明了系统的稳定性和渐进收敛。仿真结果验证了该控制策略的有效性和正确性。

关键词：轮式移动机器人自适应神经滑模控制反演方法动力学控制器轨迹跟踪

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基于ROS的Diamond并联机器人控制器的开发

基于ROS的Diamond并联机器人控制器的开发

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作者：闫学佳天津大学

学位级别：硕士

本文以Diamond并联机器人为研究对象,基于国内外机器人控制器发展趋势,结合Diamond机器人对动力学控制器的需要,系统研究了基于ROS系统的Diamond并联机器人控制器的设计开发。在分析了运动学模型的基础上,建立并简化了Diamond机器人的... 详细信息

本文以Diamond并联机器人为研究对象,基于国内外机器人控制器发展趋势,结合Diamond机器人对动力学控制器的需要,系统研究了基于ROS系统的Diamond并联机器人控制器的设计开发。在分析了运动学模型的基础上,建立并简化了Diamond机器人的刚体动力学模型;然后分析了Diamond机器人控制器的功能需求,并将其功能模块化处理,接着研究了控制系统实时性的问题;最后对动力学控制器核心功能进行分析和软件实现,并通过物理样机试验验证了其良好的控制性能。全文主要内容如下:在建立了Diamond机器人运动学模型基础上,提出了一种双系数的简化方法,对其完备刚体动力学模型进行了简化,更好地保证了简化刚体动力学模型的精度;在建立了Diamond并联机器人的URDF模型的基础上,通过在URDF文件中插入SDF文件代码的方式,实现了并联机构在ROS环境下的建模。这一方法打破了URDF文件不支持闭链结构的弊端,也避免了SDF文件模型不能借助ros＿control控制中间件来控制的难题,为实现并联机器人在ROS环境下的控制提供了可能。搭建了以“PC+Beagle Bone Black Rev C”为核心的Diamond机器人控制器硬件平台。接着分析了整个控制系统软件的功能需求,把控制系统划分成了多个功能较单一的模块,也符合了ROS节点可独立运行又能彼此间通信的特点;在此基础上,绘制了系统的信息数据流图,整理出了控制系统软件层次分明的整体结构。考虑到对机器人控制器的硬实时要求,对基于ROS开发的控制器进行了实时性需求分析,并决定采用通信性能更快速、更稳定的ROS2来实现系统的实时性;接着提出一种并行的轨迹控制策略,增设读出操作和写入操作分别独立的指令缓存器与插补信息缓存器,进而从轨迹控制流程上增强了控制系统的实时性。对Diamond机器人的伺服控制系统进行了参数化建模,并在此基础上设计了带有动力学前馈的前馈控制器,再与传统的PID控制器相结合,如此就实现了从运动学控制器到动力学控制器的转变。然后研究了基于5次B样条曲线运动规律的轨迹规划,并明确了所使用的轨迹插补算法,通过将整条轨迹控制信息“打包”成一条消息传输再次提升了控制系统的实时性。最后,对所设计研发的Diamond机器人控制器进行了门字形轨迹控制的试验,分析试验结果后得出了该控制器能够满足实际生产操作需要的结论。

关键词： ROS 并联机器人 Diamond 轨迹规划动力学控制器

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自动泊车系统的路径规划及非时间参考跟踪控制研究

自动泊车系统的路径规划及非时间参考跟踪控制研究

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作者：周仁芳上海交通大学

学位级别：硕士

自动泊车系统（Automatic Parking system,APS）是一种利用传感器技术、计算机技术和自动控制技术来实现泊车环境感知、泊车路径规划以及运动控制的汽车辅助驾驶系统。它能够将人类从繁琐的泊车任务中解放出来,并且能够保障行驶的安全性... 详细信息

自动泊车系统（Automatic Parking system,APS）是一种利用传感器技术、计算机技术和自动控制技术来实现泊车环境感知、泊车路径规划以及运动控制的汽车辅助驾驶系统。它能够将人类从繁琐的泊车任务中解放出来,并且能够保障行驶的安全性,因此受到了学界与企业界的广泛关注。尽管现有的APS在工业应用中取得了非常不错的成果,但若想实现彻底替代驾驶员完成泊车仍然存在着不少的挑战,例如汽车偏离预期路径时的再规划问题、如何摆脱时间因素对路径跟踪控制的影响并保持准确地跟踪问题等。因此,对自动泊车技术的研究具有重要的科学意义和工程应用价值。本文针对自动泊车技术中的路径规划和跟踪控制问题进行了详细的研究,其中包括了初始泊车路径规划、偏离期望路径时的二次路径规划、基于运动学模型的控制器设计以及基于动力学模型的控制器设计四个方面。主要研究内容和成果如下:（1）针对初始泊车路径规划问题,本文采用“人字形”预定义路径生成了垂直泊车路径,“圆弧-圆弧”或“圆弧-直线-圆弧”预定义路径生成了平行泊车路径,数值仿真结果验证该方法的有效性。（2）针对车辆在泊车过程中因执行器错误、轮胎打滑或者停车过程中其它因素导致车辆偏离了期望路径的二次规划问题（Secondary path planning,SPP）,提出了一种基于模板的路径规划方法。首先,针对垂直泊车和平行泊车分别构造了由16个和24个模板组成的预定义模板集,这些模板是由直线和圆弧所构成的多段路径;然后,采用遍历策略从模板集中选择候选模板,并使用优化算法确定该模板满足车辆运动学约束和环境碰撞约束的最佳路径参数;最后,数值仿真验证了本文方法的有效性。此外,与RRT*方法相比,本文方法具有更高的规划性能。（3）针对车辆的路径跟踪控制问题,本文设计了一种基于非时间参考的运动控制方法。在该方法中,首先利用机器人当前位置和期望路径之间的几何关系确定控制参考点;然后,将该参考点代入基于时间的控制器,获取非时间参考控制器;最后,本文通过数值仿真验证了该方法的有效性以及相对其它非时间参考控制器的优势。（4）针对汽车的动力学控制问题,本文将基于运动学模型的控制律扩展到基于动力学模型的控制律。在该方法中,首先建立了车辆的动力学模型;然后利用Backstepping方法,根据动力学方程构造出后轮驱动的动力学控制器;最后,数值仿真验证该动力学控制器的有效性。

关键词：自动泊车二次路径规划模板路径非时间参考动力学控制器

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