计算机应用

作者：李华夏, 黄晓蓉, 沈安林, 蒋鹏, 彭忆强, 隋立起

单位：1.西华大学 汽车与交通学院, 成都 610039；2.汽车测控与安全四川省重点实验室(西华大学), 成都 610039；3.四川省新能源汽车智能控制与仿真测试技术工程研究中心(西华大学), 成都 610039；4.宜宾丰川动力科技有限公司, 四川 宜宾 644600

关键词：独立驱动脚轮式全向移动平台,模型预测控制,轨迹跟踪,PID控制,运动学模型

基金：四川省科技厅重点研发项目(2020YFG0211);四川省科技创新基地建设项目(2022ZYD0125);四川省科技厅国际合作项目(2023YFH0065)

针对现有运动控制策略无法保证独立驱动脚轮式全向移动平台位姿的高精度控制问题，提出一种基于模型预测控制（MPC）和PID控制相结合的双闭环轨迹跟踪控制策略。首先，利用运动学几何关系建立独立驱动脚轮式全向移动平台在世界坐标系下的三自由度运动学模型，基于正交分解法建立平台在机器人坐标系下的逆运动学模型，以反映平台中心点速度与各个脚轮转速间的关系；其次，采用MPC并基于三自由度运动学模型设计位姿控制器，使平台对期望轨迹进行位姿跟踪，并在考虑多目标约束条件的情况下通过位姿控制器求解出最优控制量；最后，采用PID设计速度控制器，用于跟踪位姿控制器输出的期望速度，通过平台逆运动学模型计算得到期望轮速，从而驱动平台实现全向运动。通过仿真验证了所提控制策略的有效性，平台能有效跟踪直线轨迹和圆形轨迹。仿真结果表明，与通过平台转角逆运动学模型解耦驱动轮速的位置单环轨迹跟踪控制策略相比，加入速度内环后系统超调量下降97.23%，响应时间缩短36.84%。

来源：2024年第7期

《计算机应用》期刊编辑部

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