广东工业大学 余 章

基于微分平滑的欠驱动无人地面车辆的轨迹跟踪控制

广东工业大学 余 章

本文针对具有非完整约束的欠驱动无人地面车辆（Unmanned Ground Vehicle，UGV）的轨迹跟踪控制问题进行了探讨。通过分析系统的运动模型证明了欠驱动UGV是微分平滑的。采用微分平滑理论设计了欠驱动UGV的一个参考轨迹。然后推导了使该参考轨迹的跟踪误差渐近收敛的控制律。最后通过仿真试验验证了文中方法的有效性。

欠驱动UGV；微分平滑；轨迹跟踪

引言

无人地面车辆（Unmanned Ground Vehicle，UGV）是一种可以自动行驶并且携带工作载荷的地面移动平台，能够按照预先选择的参考轨迹行驶到复杂或危险的地方，从而可以执行特定的任务。其特点是集环境感知、动态决策和规划、行为控制与执行等多种功能于一体。目前，无人地面车辆（UGV）已经广泛应用于生产生活的诸多领域，以帮助人们处理一些繁重的或危险的工作，如核电站灾难发生后的搜索无人地面车辆[1]。

由于UGV只有2个控制输入，但是它的平面运动具有3个自由度，因此UGV的轨迹跟踪控制具有欠驱动特性。欠驱动系统的控制特点是可用较少的输入来控制其在相对维数较高的广义坐标空间内的运动。欠驱动系统在减轻重量、降低造价、节约能量以及增强系统灵活性等方面有其独特的地方。

不同于全驱动控制，在欠驱动控制下不是所有运动轨迹都是可行的。Fliess和Levine等在文献[2]中提出了微分平滑的概念。微分平滑系统对于规划可行的参考轨迹很有作用，因为如果它的平滑输出已知，则可以先在输出空间中进行轨迹规划，然后将可行轨迹通过代数运算映射到适当的输入空间，再设计合理的轨迹跟踪控制律来达到这个轨迹的跟踪。……