基于MPC的摆驱动球形机器人最优运动控制框架
机器人学
2023-10-20 v2
摘要
运动控制对所有自主移动机器人都至关重要，对球形机器人更是如此。由于球形机器人的独特性，其运动控制不仅必须确保准确跟踪目标指令，还要在跟踪过程中最小化机器人姿态和电机电流的波动。本文应用模型预测控制（MPC）于球形机器人控制，并设计了基于 MPC 的运动控制框架。该框架包含两个控制器：结合扩张状态观测器（ESO）与 MPC 的最优速度控制器 ESO-MPC，以及使用多层感知机（MLP）生成精确轨迹并采用变权重 MPC 实现最优控制的最优朝向控制器。最后，通过物理实验验证了各控制器及整个控制框架的性能。实验结果表明，本文提出的基于 MPC 的运动控制框架在快速性和准确性上远优于 PID，并且在超调、姿态稳定性、电流稳定性和能耗方面相较滑模控制器（SMC）具有显著优势。
引用
@article{arxiv.2302.08932,
title = {An MPC-based Optimal Motion Control Framework for Pendulum-driven Spherical Robots},
author = {Tao Hu and Xiaoqing Guan and Yixu Wang and Yifan Liu and Bixuan Zhang and Boyu Lin and You Wang and Guang Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.08932},
year = {2023}
}
备注
This paper has been submitted to Control Engineering Practice