Trajectory Tracking of Differential Drive Mobile Robot by Model Predictive Control

Abstract

V práci je navrženo dvouúrovňové řízení pohybu mobilního dvoukolového robotu zajišťující sledování známé trajektorie. V obou úrovních je použit prediktivní regulátor s uvažováním omezení. Pro návrh řízení ve vyšší úrovni vycházející z kinematického modelu (závislost polohy a orientace robotu na jeho aktuální tangenciální a úhlové rychlosti) byly vytvořeny dva nelineární modely chyby sledování známé trajektorie. Pro návrh řízení v nižší úrovni a pro možnost simulačního ověření celého řízení robotu byl vytvořen metodou matematicko-fyzikální analýzy lineární dynamický model robotu popisující závislost jeho tangenciální a úhlové rychlosti na napětích elektromotorů pohánějící obě kola. Simulačně byly porovnány průběhy řízení pro různé struktury řízení i regulátory. Pozornost byla věnována zejména vlivu zanedbání dynamiky robotu a přínosu prediktivních regulátorů oproti standardně používaným řešením jak v kinematické tak i dynamické úrovni. Výsledky simulací ukazují, že prediktivní regulátor dynamické části, kromě respektování zadaných omezení, také ovlivňuje kinematickou část a zvyšuje celkovou kvalitu regulace.