priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-7-500-512pribor-294Research ArticleПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯDEVICES AND SYSTEMS OF AUTOMATIC CONTROLONTROLСинтез алгоритма робастного управления движением мобильного робота вдоль гладкой траекторииSynthesis of an Algorithm for Robust Control of a Mobile Robot Movement along a Smooth TrajectoryТхиньХоанг ДыкThinhHoang Duc

Дык Тхинь Хоанг – аспирант; факультет систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Duc Thinh Hoang – Post-Graduate Student; Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

hoangducthinh93@gmail.comПыркинА. А.PyrkinA. A.

Антон Александрович Пыркин – д-р техн. наук, профессор; факультет систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Anton A. Pyrkin – Dr. Sci., Professor; Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

a.pyrkin@gmail.comУниверситет ИТМОITMO University202202122024657500512Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/294

Рассматривается задача траекторного управления движением мобильного робота вдоль заданной непрерывной траектории. Математическая модель движения робота может содержать неизвестные параметры, а траектория движения представляет собой произвольную непрерывную кривую с ограниченной кривизной. Приведена нелинейная модель движения робота, преобразование которой к нормальной форме позволило синтезировать робастный регулятор с использованием метода расширенного наблюдателя. Полученный алгоритм управления обеспечивает движение робота вдоль непрерывной траектории с ограниченной в установившемся режиме ошибкой, максимальное значение которой может регулироваться с помощью настроечных параметров.

The problem of trajectory control of the movement of a mobile robot along a given continuous trajectory is considered. Mathematical model of the robot's movement may contain unknown parameters, and the movement trajectory is an arbitrary continuous curve with limited curvature. For presented nonlinear model of robot movement, transformation of the model to the normal form allows for synthesizing a robust controller using the extended observer method. The obtained control algorithm ensures the robot movement along a continuous trajectory with an error limited in the steady state, the maximum value of the error can be adjusted using the tuning parameters.

траекторное управлениеробастное управление по выходурасширенный наблюдательмобильный колесный роботtrajectory controlrobust output-controlextended observerwheeled mobile robotРабота выполнена при поддержке Президента Российской Федерации, грант № МД-3574.2022.4.The work was supported by the President of the Russian Federation, grant № MD-3574.2022.4.ReferencesБурдаков С. Ф., Мирошник И. В., Стельмаков Р. Э. Системы управления движением колесных роботов. СПб: Наука, 2001. 232 с.Burdakov S.F., Miroshnik I.V., Stel'makov R.E. Sistemy upravleniya dvizheniyem kolesnykh robotov (Motion Control Systems for Wheeled Robots), St. Petersburg, 2001, 232 р. (in Russ.)Чепинский С. А., Мирошник И. В. Траекторное управление кинематическими механизмами нетривиальной конструкции // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2004. № 3 (14). C. 4—10.Chepinsky S.A., Miroshnik I.V. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2004, no. 3(14), pp. 4–10. (in Russ.)Капитанюк Ю. А., Чепинский С. А. Управление мобильным роботом по заданной кусочно-гладкой траектории // Гироскопия и навигация. 2013. № 2. С. 42—52.Kapitanyuk Yu.A., Chepinsky S.A. Giroskopiya i Navigatsiya, 2013, no. 2, pp. 42–52. (in Russ.)Miroshnik I. V., Nikiforov V. O. Trajectory motion control and coordination of multilink robots. San-Francisco, 1996. (Prepr. 13th IFAC World Congress).Miroshnik I.V., Nikiforov V.O. Prepr. 13th IFAC World Congress, San-Francisco, 1996, V. A., рр. 361–366.Бушуев А. Б., Исаева Е. Г., Морозов С. Н., Чепинский С. А. Управление траекторным движением многоканальных динамических систем // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 11. С. 50—56.Bushuev A.B., Isaeva E.G., Morozov S.N., Chepinsky S.A. Journal of Instrument Engineering, 2009, no. 11(52), pp. 50–56. (in Russ.)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.Hoang D.T., Pyrkin A.A. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2021, no. 6(21), pp. 858–865. (in Russ.)Хоанг Дык Тхинь, Пыркин А. А. Траекторное управление мобильным роботом в условиях неопределенности // Изв. вузов. Приборостроение. 2021. Т. 64, № 8. С. 608—619.Hoang Duc Thinh, Pyrkin А.А. Journal of Instrument Engineering, 2021, no. 8(64), pp. 608–619. (in Russ.)Borisov O. I., Pyrkin A. A., Isidori A. Application of enhanced extended observer in station-keeping of a quadrotor with unmeasurable pitch and roll angles // IFAC-PapersOnLine. 2019. Vol. 52, N 16. P. 837—842.Borisov O.I., Pyrkin A.A., Isidori A. IFAC-PapersOnLine, 2019, no. 16(52), pp. 837–842.Borisov O. I., Pyrkin A. A., Isidori A. Robust output regulation of permanent magnet synchronous motors by enhanced extended observer // IFAC-PapersOnLine. 2020. Vol. 53, N 2. P. 4881—4886.Borisov O.I., Pyrkin A.A., Isidori A. IFAC-PapersOnLine, 2020, no. 2(53), pp. 4881–4886.Bobtsov A., Pyrkin A., Ortega R., Vukosavic S., Stankovic A., Panteley E. A robust globally convergent position observer for the permanent magnet synchronous motor // Automatica. 2015. N 61. P. 47—54.Bobtsov A., Pyrkin A., Ortega R., Vukosavic S., Stankovic A., and Panteley E. Automatica, 2015, no. 61, pp. 47–54.Freidovich L., Khalil H. Performance recovery of feedback linearization based designs // IEEE Trans. on Automatic Control. 2008. N 53(10). P. 2324—2334.Freidovich L. and Khalil H. IEEE Transactions on Automatic Control, 2008, no. 10(53), pp. 2324–2334.Isidori A., Marconi L., Serrani A. Robust Autonomous Guidance. London: Springer Verlag, 2003.Isidori A., Marconi L., and Serrani A. Robust Autonomous Guidance, Springer, London.Khalil H. High-Gain Observers in Nonlinear Feedback Control // Advances in Design and Control; Society for Industrial and Applied Mathematics. 2017.Khalil H. High-Gain Observers in Nonlinear Feedback Control, Society for Industrial and Applied Mathematics, 2017.Sidori A., Pyrkin A., Borisov O. An extension of a lemma of Dayawansa and its application in the design of extended observers for nonlinear systems // Automatica. 2019. Vol. 106. P. 178—183.Sidori A., Pyrkin A., Borisov O. Automatica, 2019, vol. 106, рр. 178–183.Isidori A. Lectures in feedback design for multivariable systems. Basel, Springer Intern. Publ., 2017.Isidori A. Lectures in feedback design for multivariable systems, Basel, Switzerland, Springer International Publishing, 2017.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.