无线网络环境下移动机器人的控制策略研究

赵慧南

本文围绕着移动机器人的控制性能优化进行针对性研究，根据无线控制网络当中所存在的延迟性问题提出相应的控制器、补偿器研究与设计，希望可以为今后相关工作者提供理论性帮助。

1 移动机器人动力学模型

对移动机器人的控制算法进行讨论与设计时根据模型对两轮的移动机器人、履带式移动机器人以及四轮驱动差速转向机器人等采取通用性的设计。

通过图1可见，M为移动机器人的质量、Iy为转动惯量、Dt与Dr分别为左右轮的驱动力量，l为机器人的左右轮之间轮间距，u为机器人的移动速度，Iw为论的转动惯量，k为驱动增译，轮子的半径为r。通过移动机器人的转向分析后决定采取左右轮速差的方式转动，最终确定动力学的结果。

2 移动机器人的控制

移动机器人的控制策略应用离散的反演控制理论进行分析，其主要是以对机器人的反方位角、线速度实行给定信号的跟踪，进而实现移动机器人的移动轨迹给定信号的判断。反演控制率的设计方式基本思路是将复杂的系统划分为不超过系统阶数子系统进行控制，按照每一个系统分别设计具体的中间虚拟控制量以及李亚谱诺夫函数，然后对整个消停实行控制率的设计。其主要是以快速反应、高精度控制、无超调、强抗干扰等特征，并且根据调整的设计参数控制率设置，从而减少控制器在计算方面的工作量。

3 诱导时延与控制序列补偿器的设计

因为无线网络控制系统当中存在许多的无线通信距离限制、通信网络节点共享多、无线网络宽带有限以及流量不规则等问题，系统当中经常可能发生数据碰撞的问题，从而导致网络堵塞、信息传递不及时、网络时延等问题，这一种因为无线网络本身的特性所导致的时间延迟属于诱导时延。导致诱导时延的可能性较多，其主要原因在于网络通信的资源限制问题，以调度、协议以及宽带为主。因为无线网络诱导时延会遭受多种因素影响，诱导时延会呈现出有界、无界、固定以及随机等多种特征。在无线网络控制系统当中，网络又道时延因为传感器至控制器的时间延迟、控制器计算过程中的时间延迟、控制器到执行器的时间延迟等因素会工程。导致网络诱导时延的因素比较多，涉及到信息产生时延、数据包的排队等待时延以及传递的时延。

模型预测的控制方式是上世纪发展并逐渐成熟的计算机控制计算方式，模型预测控制是一种应用多步预测、滚动优化以及反馈矫正的控制方法，具备控制效果理想、鲁棒性能优秀、模型控制准确度较高等优势。因为模型预测控制应用多步预估的计算方式，可以有效的解决时延的问题，并且在网络控制系统当中的应用效果较为理想。在设计过程中在反演控制率的基础上，建设特殊的模型并应用模型获得后续一定时刻在控制序列方面的最佳方式，从而达到预测补偿的目的。其主要是借助相应维数的单位矩阵、相位的维数零矩阵等艺术确定具体的输入与输出量。控制序列的预测补偿器从无线网络当中获得控制器所提出的控制基序列，并在预测控制方面按照预定的控制序列参数、接收到的数值对后续多个周期之内的控制值实行预测，从而获得预测的控制序列，之后再按照预测控制序列借助无线网络发放到执行器中，从而在无线网络出现时延时按照目前的采样周期以及控制器的序列从缓存数据当中选择最佳的控制命令实现预定的补偿性的控制目标。

4 总结

综上所述，本文简单提出了关于无线网络环境之下移动机器人对于预定信号的动态化跟踪问题，并根据常用的移动机器人动力学特性建设了动力学模型，通过这一模型的离散化模型设计控制器以及信号跟踪，在无线网络环境之下提出网络时延以及相应的控制方式，從而提高移动机器人在无线网络环境之下的控制效果。

（作者单位：东北师范大学人文学院理工学院）