doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-858-865


УДК 681.51

Геометрический подход к решению задачи для машин Дубинса при формировании программных траекторий движения

Хоанг Д.Т., Пыркин А.А.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Хоанг Д.Т., Пыркин А.А. Алгоритм траекторного управления движением мобильного робота без измерения координат положения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 6. С. 858–865. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-858-865


Аннотация
Предмет исследования. В работе рассмотрена задача управления движением мобильного робота вдоль заданной гладкой траектории без измерения координат положения. Метод. Для решения поставленной задачи использован адаптивный наблюдатель локальных координат подвижного объекта по измерениям линейной скорости, угла рысканья и дальности до одного маяка с известными координатами. Определено минимальное расстояние от робота до заданной гладкой траектории. Исходя из оценки координат робота и расстояния до кривой синтезирован закон управления движением вдоль траектории с желаемой скоростью в условиях неопределенности математической модели. Алгоритм управления движением основан на робастном методе последовательного компенсатора для ограничения отклонений робота от заданной траектории. Основные результаты. Предложенный наблюдатель координат обеспечивает асимптотическую сходимость к нулю ошибки оценивания. В работе предложено два алгоритма определения минимального расстояния от робота до траектории: точное аналитическое вычисление и нелинейный наблюдатель, который гарантирует сходимость оценки к истинному значению за сколь угодно малое время. Траекторный регулятор делает возможное движение робота вдоль заданной траектории с ограниченной ошибкой. Практическая значимость. Применение рассмотренного подхода позволит решать задачи управления движения мобильного робота без измерения координат положения. Подход может найти широкое применение в задачах управления беспилотными автомобилями в случае его движения в тоннеле или под мостом, где невозможно измерению координаты с помощью спутниковой системы навигации ГЛОНАСС, GPS.

Ключевые слова: робастное управление, траекторное управление, мобильный робот, одномаяковая навигация, последовательный компенсатор, наблюдатель нелинейных систем, метод оценивания состояния

Благодарности. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Госзадание 2019-0898).

Список литературы
  1. Степанов О.А. Методы обработки навигационной измерительной информации: учебное пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2017. 198 с.
  2. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2010. 800 с.
  3. Caballero F., Merino L., Ferruz J., Ollero A. Vision-based odometry and SLAM for medium and high altitude flying UAVs // Journal of Intelligent and Robotic Systems. 2009. V. 54. N 1-3. P. 37–161. https://doi.org/10.1007/s10846-008-9257-y
  4. Маркелов В.В., Шукалов А.В., Костишин М.О., Жаринов И.О., Жаринов О.О. Моделирование бесплатформенной инерциальной навигационной системы в составе стенда навигационного комплекса летательного аппарата // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 5. С. 903–909. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2017-17-5-903-909
  5. Кошаев Д.А. Многоальтернативный алгоритм одномаяковой навигации автономного необитаемого подводного аппарата без априорных данных о его местоположении. Часть 1. Математическое описание // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. № 2(109). С. 109–130. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0035
  6. Ferreira B., Matos A., Cruz N. Single beacon navigation: Localization and control of the MARES AUV // Proc. of OCEANS‘10 MTS/IEEE. 2010. P. 5664518. https://doi.org/10.1109/OCEANS.2010.5664518
  7. Stepanov O.A., Vasiliev V.A., Toropov A.B., Loparev A.V., Basin М.V. Efficiency analysis of a filtering algorithm for discrete-time linear stochastic systems with polynomial measurements // Journal of the Franklin Institute. 2019. V. 356. N 10. P. 5573–5591. https://doi.org/10.1016/j.jfranklin.2019.02.036
  8. Бурдаков С.Ф., Мирошник И.В., Стельмаков Р.Э. Системы управления движением колесных роботов. СПб.: Наука, 2001. 232 с.
  9. Мирошник И.В., Чепинский С.А. Траекторное управление кинематическими механизмами нетривиальной конструкции // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2004. № 3(14). C. 4–10.
  10. Капитанюк Ю.А., Чепинский С.А. Управление мобильным роботом по заданной кусочно-гладкой траектории // Гироскопия и навигация. 2013. № 2. С. 42–52.
  11. Miroshnik I.V., Nikiforov V.O. Trajectory motion control and coordination of multi-link robots // IFAC Proceedings Volumes. 1996. V. 29. N 1. P. 361–366. https://doi.org/10.1016/S1474-6670(17)57688-0
  12. Бушуев А.Б., Исаева Е.Г. Морозов С.Н., Чепинский С.А. Управление траекторным движением многоканальных динамических систем // Известия вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52. № 11. С. 50–56.
  13. Breivik M., Fossen T.I. Principles of guidance-based path following in 2D and 3D // Proc. of the 44th IEEE Conference on Decision and Control, and the European Control Conference, CDC-ECC'05. 2005. P. 627–634. https://doi.org/10.1109/CDC.2005.1582226
  14. Lee T., Leok M., McClamroch N.H. Geometric tracking control of a quadrotor UAV on SE(3) // Proceedings of the 49th IEEE Conference on Decision and Control (CDC). 2010. P. 5420–5425. https://doi.org/10.1109/CDC.2010.5717652
  15. Бобцов А.А., Николаев Н.А. Синтез управления нелинейными системами с функциональными и параметрическими неопределенностями на основе теоремы Фрадкова // Автоматика и телемеханика. 2005. № 1. С. 118–129.
  16. Бобцов А.А. Робастное управление по выходу линейной системой с неопределенными коэффициентами // Автоматика и телемеханика. 2002. № 11. С. 108–117.
  17. Pyrkin A., Bobtsov A., Kolyubin S., Surov M., Shavetov S., Borisov O., Gromov V. Simple output stabilization approach for robotic systems // IFAC Proceedings Volumes. 2013. V. 46. N 9. P. 1873–1878. https://doi.org/10.3182/20130619-3-RU-3018.00288
  18. Pyrkin A.A., Bobtsov A.A., Kolyubin S.A., Faronov M.V., Shavetov S.V., Kapitanyuk Y.A., Kapitonov A.A. Output control approach "consecutive compensator" providing exponential and L∞-stability for nonlinear systems with delay and disturbance // Proc. of the 20th IEEE International Conference on Control Applications. 2011. P. 1499–1504. https://doi.org/10.1109/CCA.2011.6044373
  19. Pyrkin A., Bobtsov A., Ortega R., Vedyakov A., Aranovskiy S. Adaptive state observers using dynamic regressor extension and mixing // Systems & Control Letters. 2019. V. 133. P. 104519. https://doi.org/10.1016/j.sysconle.2019.104519
  20. Ortega R., Bobtsov A., Pyrkin A., Aranovskiy S. A parameter estimation approach to state observation of nonlinear systems // Systems & Control Letters. 2015. V. 85. P. 84–94. https://doi.org/10.1016/j.sysconle.2015.09.008
  21. Хоанг Дык Тхинь, Пыркин А.А. Траекторное управление мобильным роботом в условиях неопределенности // Известия вузов. Приборостроение. 2021. Т. 64. № 8. С. 608–619. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2021-64-8-608-619


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика