文 献 综 述

1. 课题背景和意义

近年来，随着机器人技术的发展，移动机器人轨迹跟踪问题受到了人们越来越多的关注。前轮转向、后轮驱动的轮式类车移动机器人与四轮汽车的运动学模型相近，因此对轮式类车移动机器人的轨迹跟踪控制问题的研究在汽车自动驾驶、智能交通等方面具有重要的意义。轮式类车移动机器人具有的非完整运动学约束特性给轨迹跟踪控制的研究带来了挑战。

跟踪控制是移动机器人运动控制的一个重要问题，也是一个非常实际的问题，然而由于机器人是一个高度复杂、高度耦合的非线性系统，如果我们忽略各种不确定因素设计控制器，很难取得理想的控制效果。当要求机器人必须在一个特定的时间内到达一个特定点时，必须采用轨迹跟踪控制。在轨迹跟踪控制中，移动机器人要求跟踪的期望轨迹是以时间关系曲线给出的。

2. 移动机器人轨迹跟踪控制的现状

轨迹跟踪控制问题，由于期望值随时间变化，所以是非完整移动机器人运动控制中的难点所在，基于各种非线性控制理论的控制方法不断涌现。

（1）非线性状态反馈控制方法

非线性状态反馈方法主要通过非线性状态反馈，基于非完整移动机器人运动学模型，设计非线性状态反馈控制律，得到一个闭环系统。这里的状态，是指非完整移动机器人闭环控制系统状态空间方程中的状态向量，用非完整移动机器人期望轨迹与实际轨迹之间的位姿误差来表示。该方法最大的问题在于如何使系统全局渐近稳定在原点平衡状态。B.d'Andrea.novel等人全面地分析了轮式非完整移动机器人的结构与其反馈线性化的关系。C.Samson等利用微分平坦的概念，引入动态反馈得到指数收敛的存在奇异点的局部跟踪控制律。用一维动态跟踪控制器方法可以得到闭环系统无奇异点的跟踪控制器，但该方法要求参考角速度控制输入不能趋于零，这使得轨迹跟踪里最通常的直线轨迹跟踪变得不能实现。

(2)滑模控制方法

滑模控制方法的主要思想在于利用高速的开关控制律，驱动非线性系统的状态轨迹渐近地到达一个预先设计的状态空间曲面上，该表面称作滑动或开关表面，并且在以后的时间，状态轨迹将保持在该滑动表面上，对于系统的模型不确定性和外部扰动具有很好的鲁棒性。作为一种鲁棒控制手段，基于非完整移动机器人运动学模型的滑模控制已经被应用于非完整移动机器人运动控制的理论研究中。滑模控制方法的主要问题在于控制律中的不连续项会直接转移到输出项，使系统在不同的控制逻辑之间来回高速切换引起系统出现不可避免的”抖振”现象，造成实际控制效果较差。