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基于事件触发的独轮车移动机器人跟踪控制系统设计

张莉;方丽

【摘要】针对传统的时间触发机器人控制系统中通信要求高的问题,提出了使用事

件触发控制器的独轮移动机器人控制系统;首先,根据类仿真方法在忽略通信约束的

条件下合成控制器;然后,将问题建模为混合系统并在网络上实现;最后,导出了合适的

事件触发条件;实验结果显示,使用基于事件触发的控制算法后实现了系统的解耦和

镇定,可调节系统在阶跃输入激励下的响应;相比传统的时间触发设置,在确保跟踪性

能的前提下,提出的事件触发策略能显著减少通信需求,有望应用于真实系统.

【期刊名称】《计算机测量与控制》

【年(卷),期】2015(023)009

【总页数】4页(P3060-3062,3076)

【关键词】事件触发控制;混合系统;移动机器人;通信需求;非线性系统

【作者】张莉;方丽

【作者单位】广东女子职业技术学院应用设计系,广州511450;湖南大学信息科学

与工程学院,长沙410082

【正文语种】中文

【中图分类】TN242

机器人［12］已在军用排爆机、医疗手术、太空探险、娱乐等领域得到广泛应用

［3］。由于存在非完整约束，使得独轮车移动机器人的控制具有一定的挑战性，

如通信需求较高、延迟较长等［45］。文献［6］提出了利用测距法来设计非线

性系统中的事件触发控制器，一定程度上降低了通信需求，然而，该系统在通信约

束下仅能保证近似跟踪，给跟踪控制带来了更多困难。

本文设计了基于事件触发的独轮车跟踪控制系统，确保使用远程控制器的独轮移动

机器人跟踪给定的参考轨迹，同时减少通信信道的使用，特别是要限制控制输入更

新量以节省通信资源并减少丢包和传输延迟。此外，还允许抑制执行器磨损和降低

执行器的能量消耗。

令R=（-∞，∞）、R≥0=［0，∞）、R＞0=（0，∞）、Z≥0=｛0，1，2，...｝

和Z＞0=｛1，2，...｝。对于（x，y）∊Rn+m，符号（x，y）表示［xT，yT］，

如果它连续，零点处为零且严格递增，则函数γ：R≥0→R≥0属于类K；如果其还

无界，则它属于类K∞。如果对于每个t∊R≥0，γ（·t，）属于类K，对于每个s

∊R≥0，γ（·t，）减小到零，则连续函数γ：→R≥0属于类KL。对于右连续函数

f：R→Rn，f（t+）表示lims→t，s＞tf（s），t∊R。函数sinc定义为sinc（x）

=，从R到R，x≠0，且sinc（0）=1，它是sincˊ0（）=0和sincˊ0（）=-的

二次连续微分。

将事件触发控制系统表示为混合系统，考虑如下形式的系统：

式中，x∊Rn是状态，C，D⊂Rn分别为流和跳集。假设f和g连续，C和D是闭

合集。对于一些有限时间序列0=t0≤t1≤…≤tJ，如果E=∪j∊｛0，...，J-1｝

（［tj，tj+1］，j），则集E⊂R≥0×Z≥0为紧凑型混合时域。如果对于所有（T，

J）∊E，集E是混合时域，E∩（［0，T］×｛0，1，...，J｝）是紧凑型混合时域。

混合arc是定义在混合时域domφ上的函数φ，对于每个j∊Z≥0，t→φ（t，j）

在Ij：=｛t：（t，j）∊domφ｝上局部绝对连续。混合arcφ：domφ→Rn是式

（1）的解，如果：1）φ（0，0）∊C∪D；2）对于所有j∊Z≥0，几乎所有t∊Ij，

φ（t，j）∊C且¯φ（t，j）∊f（φ（t，j））；3）对于（t，j）∊domφ，使（t，

j+1）∊domφ、φ（t，j）∊D且φ（t，j+1）=g（φ（t，j））。式（1）的解可

描述为：如果domφ包含至少两个点，则不平凡；如果不能扩展，则最大；如果

domφ无界，则完全。

表征定义为由（至少）一个严格正时间量间隔的两个连续跳产生解的混合系统，其

中，时间量在初始条件下均匀［7］。

定义1：式（1）的解有一个均匀半全局等待时间，若对于任意Δ≥0，存在η（Δ）

＞0，使式（1）的任意解φ，则

定义2：考虑系统（1），若对于任意ξ∊A，对于所有（t，j）∊domφ，每个具

有初始条件ξ的解φ满足φ（t，j）∊A，则集A⊂Rn为强预先转发不变。

2.1控制器

移动机器人动态性定义为

式中，（x，y）是笛卡尔坐标，θ是航向和x轴之间的角度，（v，w）指的是控

制输入向量，如图1