Motion control is essential for all autonomous mobile robots, and even more so for spherical robots. Due to the uniqueness of the spherical robot, its motion control must not only ensure accurate tracking of the target commands, but also minimize fluctuations in the robot's attitude and motors' current while tracking. In this paper, model predictive control (MPC) is applied to the control of spherical robots and an MPC-based motion control framework is designed. There are two controllers in the framework, an optimal velocity controller ESO-MPC which combines extend states observers (ESO) and MPC, and an optimal orientation controller that uses multilayer perceptron (MLP) to generate accurate trajectories and MPC with changing weights to achieve optimal control. Finally, the performance of individual controllers and the whole control framework are verified by physical experiments. The experimental results show that the MPC-based motion control framework proposed in this work is much better than PID in terms of rapidity and accuracy, and has great advantages over sliding mode controller (SMC) for overshoot, attitude stability, current stability and energy consumption.


翻译:运动控制对所有自主移动机器人至关重要,对球形机器人而言更是如此。由于球形机器人的独特性,其运动控制不仅需要确保精确跟踪目标指令,还需在跟踪过程中最小化机器人姿态和电机电流的波动。本文将模型预测控制(MPC)应用于球形机器人控制,并设计了一种基于MPC的运动控制框架。该框架包含两个控制器:结合扩展状态观测器(ESO)与MPC的最优速度控制器ESO-MPC,以及利用多层感知机(MLP)生成精确轨迹并采用变权重MPC实现最优控制的最优姿态控制器。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显著优于PID控制,并在超调量、姿态稳定性、电流稳定性及能耗方面相较于滑模控制器(SMC)具有明显优势。

0
下载
关闭预览

相关内容

抢鲜看!13篇CVPR2020论文链接/开源代码/解读
专知会员服务
50+阅读 · 2020年2月26日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
全球首个GNN为主的AI创业公司,募资$18.5 million!
图与推荐
1+阅读 · 2022年4月16日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月6日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
5+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
17+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关VIP内容
抢鲜看!13篇CVPR2020论文链接/开源代码/解读
专知会员服务
50+阅读 · 2020年2月26日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
全球首个GNN为主的AI创业公司,募资$18.5 million!
图与推荐
1+阅读 · 2022年4月16日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员