رديابي مسير زماني ربات چرخ دار با استفاده از روش هاي غيرخطي پسگام و مد لغزشي

Trajectory Tracking of a Wheeled Mobile Robot using Backstepping and Sliding Mode Approaches

ربات پايه متحرك چرخ دار با رانش تفاضلي، متشكل از دو چرخ فعال مستقل و يك چرخ كروي غيرفعال است. اين ربات با فرض غلتش خالص چرخ ها و عدم لغزش، سامانه­ ي غيرخطي و مقيد به قيود غيرهولونوميك است. همچنين اين سامانه در دسته سامانه­ هاي با كمبود عملگر قرار مي گيرد. تعقيب مسير هاي حركت زماني، يكي از دشوارترين مسائل در حوزه ربات هاي چرخ دار است كه در اين مقاله به آن مي پردازيم. در اين راستا، ابتدا مدل سينماتيكي سامانه بيان مي شود كه در آن سرعت خطي و سرعت زاويه اي ربات، ورودي هاي سامانه در نظر گرفته مي شوند. پس از تعيين مسير مرجعي قابل حصول، براي اولين بار كنترل كننده پسگامي در دو مرحله طراحي شده است كه پايداري تمام متغيرهاي حالت سامانه را به صورت سراسري تضمين مي كند. پس از آن كنترل كننده مد لغزشي براي حل مسئله تعقيب مسيرهاي حركت زماني بر مبناي كنترل ورودي-خروجي طراحي شده است. پايداري اين كنترل كننده نيز به صورت سراسري اثبات مي شود. سپس به­منظور ارزيابي و اعتبارسنجي كنترل كننده هاي پيشنهادي، مقايسه اي با كنترل كننده خطي سازي پسخور، كه روشي قدرتمند است، صورت گرفته است. در پايان صحت و قوام كنترل كننده هاي طراحي شده نسبت به اغتشاش با شبيه سازي در نرم افزار متلب تصديق مي شود.

Differential wheeled mobile robot is constructed from two independent active wheels and a spherical passive wheel. This robot as a result of pure rolling and nonslip conditions of wheels is a nonlinear system subjected to nonholonomic constraints. In addition, this system is classified as an underactuated system. Trajectory tracking we have concentrated on is one of the most complicated problems in control of wheeled mobile robots. In the first step a kinematic model in which linear and angular velocity are supposed as system inputs has been presented. Then using a feasible reference trajectory for the first time a novel full state backstepping controller has been designed and unlike previous approaches the stability has been provided fully stated and globally. Next, a sliding mode controller which is based on input-output control theory has been suggested. The proof of stability of this controller has been presented as well. Then a feedback linearization controller as an efficient approach has been proposed with the aim of comparing the performance of the controllers. Finally, integrity and robustness of designed controllers against disturbances have been approved using MATLAB simulation and the obtained results are discussed.