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| 稿件标题： | 基于MPC的球形机器人轨迹跟踪方法研究 |
| 稿件作者： | 刘春政1，陈志华1，应展烽2，靳一聪1，葛昊1 |
| DOI： | 10.11809/bqzbgcxb2024.07.039 |
| 科学编辑： | 陈萌 博士（中国航天科技集团有限公司 |
| 栏目名称： | 信息科学与控制工程 |
| 关键词： | 球形机器人；非线性动力学模型；模型预测控制；滚动优化；轨迹跟踪 |
| 文章摘要： | 单摆驱动式球形机器人运动存在欠驱动和非线性特性，导致轨迹跟踪难度较大。为此，提出了一种基于模型预测控制（MPC）的球形机器人轨迹跟踪控制方法。该方法首先利用拉格朗日动力学模型和参考运动轨迹，结合泰勒线性展开和时域离散处理，得到球形机器人运动状态偏差的预测模型。随后，以未来特定时段内轨迹跟踪误差最小为目标，在满足控制量和控制增量约束的条件下，利用二次规划对球形机器人长轴和短轴电机转矩进行滚动优化，同时在特定控制步长下不断根据优化结果进行电机转矩控制，最终实现对机器人参考轨迹的跟踪。仿真结果表明，与传统PID控制方法相比，所提MPC方法横向跟踪最大误差减少了0.664 4 m，纵向跟踪最大误差减少了0.112 1 m，跟踪误差曲线基本在0附近波动，具有明显的轨迹跟踪精度与稳定性优势。 |
| 稿件基金： | 江苏省自然资源厅科技计划项目（JSZRHKJ202219） |
| 引用本文格式： | 刘春政，陈志华，应展烽，等.基于MPC的球形机器人轨迹跟踪方法研究［J］.兵器装备工程学报，2024，45(7)：290-297. LIU Chunzheng, CHEN Zhihua, YING Zhanfeng, et al.Research on trajectory tracking method of spherical robot based on MPC［J］.Journal of Ordnance Equipment Engineering，2024，45(7)：290-297. |
| 刊期名称： | 2024年07期 |
| 出版时间： | 2024年7月 |
| 收稿日期： | 2023-07-27 |
| 修回日期： | 2023-08-21 |
| 录用日期： | 2023-09-28 |
| 上线时间： | 2024年7月26日 |
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