机械工程学报

作者：张佳乐, 李志勇, 张传伟, 魏孟, 焦生杰

单位：1. 西安科技大学机械工程学院 西安 710054;2. 河南省高远公路养护技术有限公司 新乡 453003;3. 长安大学公路养护装备国家工程研究中心 西安 710064

关键词：机械系统,等式/不等式约束,广义Udwadia-Kalaba方程,李雅普诺夫稳定性,横纵耦合控制；

基金：国家重点研发计划(2022YFE0123800)、国家自然科学基金(52407253)和中国工程机械学会青年人才托举工程(CCMS-YESS2024013)资助项目。

在运动控制领域，移动机器人系统通常需要满足一系列等式(包括完整性和非完整性)与不等式约束，以完成目标任务。然而，目前的研究主要集中在移动机器人轨迹跟踪性能方面，缺乏对其运动过程中横纵耦合控制的深入研究。为此，提出了一种基于广义Udwadia-Kalaba方程的横纵耦合约束跟随控制方法。首先，针对纵向跟踪任务，设计基于伺服等式约束理论的纵向轨迹跟踪控制器，并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了其稳定性。其次，根据不等式约束信息，分别建立了y方向的固定约束以及直线和圆轨迹的边界约束。在此基础上，提出了一种能够满足边界不等式约束的横纵耦合控制器τ。最后，通过Matlab仿真软件对所提方法进行了数值仿真验证。仿真结果表明，与传统的PD控制和模型预测控制相比，所提控制器在满足不等式约束的同时，能高效完成目标任务，具有更快的收敛速度和优越的控制性能。同时，基于ROS移动机器人物理实验平台对所提控制方法的实际有效性进行验证，实现了不等式约束条件下的定点、直线及圆形轨迹跟踪控制，为移动机器人横纵耦合控制领域提供了新的研究思路。

来源：2025年第19期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2025年第19期