کنترل غیرخطی تعقیب مسیر ربات ‌های متحرک چرخ دار با ورودی ‌های مقید

در بسیاری از کاربردهای ربات چرخ‌دار در کنار الزام کنترل دقیق موقعیت، محدودیت‌های ابعادی و وزن نیز حائز اهمیت می‌باشند. محدودیت وزن و ابعاد به این معناست که نمی‌توان از عملگرهای به دلخواه بزرگ استفاده نمود. از طرفی کنترل دقیق و سریع معمولاً نیازمند بهره‌های کنترلی بالا و در نتیجه ورودی‌های کنترلی بزرگ می‌باشد. چنانچه ورودی کنترلی از حد اشباع عملگر بیشتر باشد، علاوه بر افزایش خطای تعقیب، ممکن است در مواردی منجر به ناپایداری شود. بنابراین ارائه یک روش کنترلی که بتواند همزمان با تامین دقت کنترلی بالا و تضمین پایداری ربات، به صورت از پیش تعیین شده حد اشباع عملگرها (سرعت و گشتاور) را در نظر بگیرد، بسیار ارزشمند خواهد بود. کنترل پیشنهادی شامل دو بخش سینماتیکی و دینامیکی می‌باشد. کنترل سینماتیک بر مبنای رویکرد لیاپانوف بوده که قابلیت تنظیم حد اشباع سرعتی عملگرها را دارا می­باشد. برای کنترل دینامیکی مولفه‌های سرعت به عنوان مقادیر مرجع کنترل و گشتاور چرخ‌های ربات نیز به عنوان ورودی­های کنترلی در نظر گرفته شده‌اند. همچنین حد اشباع گشتاور عملگرها، به صورت از پیش تعیین شده لحاظ شده است. به منظور ارزیابی عملکرد کنترل پیشنهادی تحلیل­های متنوعی بر روی ربات چرخ‌دار انجام و با روش خطی‌سازی فیدبک مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد که در کنترل پیشنهادی، ماکزیمم ورودی کنترلی حدود 25% ماکزیمم ورودی خطی‌سازی فیدبک می‌باشد. همچنین همگرایی پاسخ نیز سریع‌تر از روش خطی‌سازی فیدبک می‌باشد. بنابراین الگوریتم کنترلی پیشنهادی ضمن تضمین پایداری و تعقیب مسیر با دقت بالا، الزامات حد اشباع عملگرها را نیز به صورت کامل برآورده نموده است.

nonlinear tracking control of wheeled mobile robots with input constraints

in many wheeled robot applications, in addition to accurate position control, dimensional and weight limitations are also important. the limitation of weight and dimensions means that it is not possible to use arbitrarily large actuators. on the other hand, accurate and fast tracking usually requires high control gains and, as a result, large control inputs. if the control input exceeds the saturation limit of the operator, in addition to increasing the tracking error, it may lead to robot instability in some cases. therefore, it will be precious to provide a control method that can simultaneously provide high control accuracy and guarantee the robot’s stability, taking into account the saturation limit of the actuators (speed and torque) in a predetermined manner. this issue has been addressed in the present study. the proposed control includes two parts: a kinematic controller and a dynamic controller. the kinematic control design is based on the lyapunov approach, which can adjust the speed saturation limit of the actuators. for dynamic control, the robot velocity components are considered as control reference values ​​and the robot wheel torque is considered as control inputs. in the dynamic control design, the torque saturation limit of the actuators is included in a predetermined way. to evaluate the performance of the proposed nonlinear control, various analyses were performed on the wheeled robot. the results showed that the proposed control algorithm while guaranteeing stability and following the path with high accuracy, has also fully met the requirements of the actuators’ saturation limits.