书书书
第 ９卷第 ５期
智 能 系 统 学 报
Ｖｏｌ．９№．５
２０１４年 １０月
ＣＡＡＩＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍｓ
Ｏｃｔ．２０１４
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３４７８５．２０１３０４００３
动力学解析的四轮全向移动机器人电机解耦控制
王建彬
１
，陈建平
２
，杨宜民
１
（１．广东工业大学 自动化学院，广东 广州 ５１００９０；２．肇庆学院 计算机学院，广东 肇庆 ５２６０６１）
摘 要：四轮全向移动机器人是一个复杂的非线性、强耦合的机械系统，各轮驱动电机间存在强耦合现象，很难取得
理想的控制效果。针对这一问题，提出一种基于动力学解析的多电机控制系统解耦方法。通过对四轮机器人的动
力学解析推导出四轮转速与其驱动力矩间的状态方程，获得各电机输入输出量之间的耦合关系，在此基础上依据控
制量一致思想设计解耦控制器，解决了传统参考模型解耦方法不能兼顾控制性能和解耦性能的问题，实现了四路电
机的独立控制。仿真结果显示，该方法能够有效地减小控制系统各变量间的相互耦合作用，每路电机均很好地跟踪
了各自的输入，解耦效果好。
关键词：全向移动机器人；动力学解析；解耦控制；电机控制；运动控制
中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３４７８５（２０１４）０５０５６９０８
中文引用格式：王建彬，陈建平，杨宜民．动力学解析的四轮全向移动机器人电机解耦控制［Ｊ］．智能系统学报，２０１４，９（５）：５６９
５７６．
英文引用格式：ＷＡＮＧＪｉａｎｂｉｎ，ＣＨＥＮＪｉａｎｐｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｙｉｍｉｎ．Ｍｏｔｏｒｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｆｏｕｒｗｈｅｅｌｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｍｏｂｉｌｅｒｏ
ｂｏｔｂａｓｅｄｏｎｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＣＡＡＩＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍｓ，２０１４，９（５）：５６９５７６．
Ｍｏｔｏｒｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｆｏｕｒｗｈｅｅｌｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ
ｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｂａｓｅｄｏｎｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ
ＷＡＮＧＪｉａｎｂｉｎ
１
，ＣＨＥＮＪｉａｎｐｉｎｇ
２
，ＹＡＮＧＹｉｍｉｎ
１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００９０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，Ｚｈａｏｑｉｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｏｑｉｎｇ５２６０６１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｆｏｕｒｗｈｅｅｌｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｉｓａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔｒｏｎｇｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓ
ｔｅｍ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｓｔｒｏｎｇｃｏｕｐｌｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎａｅｘｉｓｔｂｅｔｗｅｅｎｗｈｅｅｌｄｒｉｖｅｎｍｏｔｏｒｓ，ｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｏｂｔａｉｎｉｄｅａｌｃｏｎｔｒｏｌ
ｅｆｆｅｃｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ａｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍｕｌｔｉｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｉｓ
ｒａｉｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆｏｕｒｗｈｅｅｌｒｏｂｏｔ，ｔｈｅｓｔａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｏｕｒｗｈｅｅｌｓ’
ｓｐｅｅｄａｎｄｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｍｏｍｅｎｔｉｓｄｅｒｉｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｖａｒｉａｂｌｅｓｏｆｍｏｔｏｒｓ
ａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｉｄｅａｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｖａｒｉ
ａｂｌｅｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｍｅｅｔｓｂｏｔｈｃｏｎｔｒｏｌ
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ｏｗｎｉｎｐｕｔ，ｓｈｏｗｉｎｇｇｏｏｄｔｒａｃｋｉｎｇｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｓ；ｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ；ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ；ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ；ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ
收稿日期：２０１３０４０１．
基金项目：广东省自然科学基金资助项目（Ｓ２０１１０１０００４００６）；广东省教
育部产学研结合资助项目（２０１２Ｂ０９１１００４２３）；肇庆市科技计
划资助项目（２０１０Ｆ００６）；肇庆学院科研启 动基金 资助项 目
（２０１２ＢＳ０１）．
通信作者：陈建平．Ｅｍａｉｌ：ｊｐｃｈｅｎ＠ｚｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．
全向移动机器人运动灵活，凭借着不改变位姿
就可以向任意方向移动的独特运动优势，已经被广
泛应用于人类的生产、生活实践中
［１］
。由于四轮全
向移动机器人是一个结构复杂、强耦合、非线性的机
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