基于MPC的麦克纳姆轮移动平台轨迹跟踪控制

针对麦克纳姆轮全向移动平台轨迹跟踪控制问题,提出了一种模型预测控制(Model Pre-dictive Control,MPC)和微分先行比例-积分-微分(Proportional plus Integral plus Derivative,PID)协同的双闭环控制策略.基于麦克纳姆轮运动学特点,设计了位姿控制环和速度控制环;在位姿控制环建立麦克纳姆轮底盘的线性误差模型,设计二次型目标函数,将路径跟随问题转化为对非线性模型的预测控制;在速度控制环引入微分先行PID控制器,避免输入量频繁的阶跃变化对系统产生高频干扰,加快麦克纳姆轮的角速度收敛,增强了系统稳定性.仿真实验表明,设计的控制器在收敛速...

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Published in机械传动 Vol. 47; no. 11; pp. 22 - 29
Main Authors 黄晓宇, 孙勇智, 李津蓉, 王翼挺, 杨颀伟
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 浙江省机器人产业学院,浙江杭州 310023 2023
浙江科技学院 自动化与电气工程学院,浙江杭州 310023
Subjects
模型预测控制
Model predictive control
Dif-ferential forward PID
轨迹跟踪
Trajectory tracking
麦克纳姆轮
Linear error model
微分先行PID
线性误差模型
Mecanum wheel
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ISSN1004-2539
DOI10.16578/j.issn.1004.2539.2023.11.004

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Summary:针对麦克纳姆轮全向移动平台轨迹跟踪控制问题,提出了一种模型预测控制(Model Pre-dictive Control,MPC)和微分先行比例-积分-微分(Proportional plus Integral plus Derivative,PID)协同的双闭环控制策略.基于麦克纳姆轮运动学特点,设计了位姿控制环和速度控制环;在位姿控制环建立麦克纳姆轮底盘的线性误差模型,设计二次型目标函数,将路径跟随问题转化为对非线性模型的预测控制;在速度控制环引入微分先行PID控制器,避免输入量频繁的阶跃变化对系统产生高频干扰,加快麦克纳姆轮的角速度收敛,增强了系统稳定性.仿真实验表明,设计的控制器在收敛速度、跟踪精度方面均高于常见的轨迹跟踪器,对麦克纳姆轮移动平台的控制具有良好的鲁棒性.
ISSN:1004-2539
DOI:10.16578/j.issn.1004.2539.2023.11.004