Seguimiento de trayectoria y estabilización de un robot móvil de ruedas no holonómico utilizando control recursivo integral de backstepping
Autores: Rabbani, Muhammad Junaid; Memon, Attaullah Y.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Seguimiento de trayectoria y estabilización de un robot móvil de ruedas no holonómico utilizando control recursivo integral de backstepping
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Control de retroceso
Forma normal no triangular
Robots móviles con ruedas
Seguimiento de trayectoria
Controlador de retroceso integral
Teoría de geometría diferencial
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
En este documento se presenta una forma normal generalizada no triangular para facilitar el diseño de un control de retroceso integral recursivo para la clase de sistemas no holonómicos subactuados, es decir, robots móviles de ruedas (WMRs) que realizan estabilización de postura y seguimiento de trayectoria en entornos sin obstáculos. Basándonos en la teoría de la geometría diferencial, desarrollamos una generalización de forma normal de múltiples entradas y múltiples salidas (MINO) utilizando la técnica de linealización de retroalimentación entrada-salida. Luego, el cambio de variables (difeomorfismo) transforma el modelo de espacio de estados de WMR, incorporando tanto modelos cinemáticos como dinámicos en una forma normal no triangular. Como resultado, la dinámica del sistema puede representarse como dinámicas internas y externas. Las dinámicas internas no lineales de WMR plantean serios desafíos para diseñar un controlador adecuado debido a que sus dinámicas internas no son de fase mínima y tienen una estructura de forma de retroalimentación no estricta. El controlador de retroceso propuesto se diseña en dos pasos. Primero, se diseña un controlador estándar de retroceso integral para estabilizar el ángulo de orientación del robot. Luego, se aplica una técnica de control de retroceso integral recursivo para lograr la convergencia asintótica del error de posición a cero. Por lo tanto, se logra la estabilización asintótica de la postura y el seguimiento de la trayectoria en regiones semi-globales, excepto la condición inicial no nula del ángulo de orientación. La estabilidad asintótica de todo el sistema en lazo cerrado se muestra utilizando los criterios de Lyapunov.
Descripción
En este documento se presenta una forma normal generalizada no triangular para facilitar el diseño de un control de retroceso integral recursivo para la clase de sistemas no holonómicos subactuados, es decir, robots móviles de ruedas (WMRs) que realizan estabilización de postura y seguimiento de trayectoria en entornos sin obstáculos. Basándonos en la teoría de la geometría diferencial, desarrollamos una generalización de forma normal de múltiples entradas y múltiples salidas (MINO) utilizando la técnica de linealización de retroalimentación entrada-salida. Luego, el cambio de variables (difeomorfismo) transforma el modelo de espacio de estados de WMR, incorporando tanto modelos cinemáticos como dinámicos en una forma normal no triangular. Como resultado, la dinámica del sistema puede representarse como dinámicas internas y externas. Las dinámicas internas no lineales de WMR plantean serios desafíos para diseñar un controlador adecuado debido a que sus dinámicas internas no son de fase mínima y tienen una estructura de forma de retroalimentación no estricta. El controlador de retroceso propuesto se diseña en dos pasos. Primero, se diseña un controlador estándar de retroceso integral para estabilizar el ángulo de orientación del robot. Luego, se aplica una técnica de control de retroceso integral recursivo para lograr la convergencia asintótica del error de posición a cero. Por lo tanto, se logra la estabilización asintótica de la postura y el seguimiento de la trayectoria en regiones semi-globales, excepto la condición inicial no nula del ángulo de orientación. La estabilidad asintótica de todo el sistema en lazo cerrado se muestra utilizando los criterios de Lyapunov.