非線形オブザーバを用いたけん引型移動ロボットの位置推定

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運動方程式が非線形な微分方程式で表されるけん引型移動ロボットの制御方法として,座標変換と非線形状態フィードバックに基づく非線形コントローラの有効性がこれまでに確認されていた。しかし、非線形制御理論を用いて設計されるこの制御系は,制御対象の全ての状態が利用できることを前提としており,平面上での車両の位置および姿勢を測定するために大がかりな観測系が必要であり,実用化が困難であった。本研究では,けん引型移動ロボットの自律制御方法を確立するために,車両上に搭載された測定系から得られる情報のみを用いて車両の全状態(位置と姿勢)を動的に推定する非線形オブザーバの設計方法を提案し,シミュレーションによってその有効性を実証した。具体的には,1.状態空間上のある一点の近傍での性能を保証する指数オブザーバ2.広い範囲にわたって解析的に誤差応答の安定性を保証するLyapunovの直接設計法によるオブザーバ3.誤差応答を近似的に線形化する拡張Luenbergerオブザーバの3種類のオブザーバを適用し,申請したハードディスクを接続した申請したパーソナルコンピュータ上でシミュレーションを行い,その設計方法とパフォーマンスの比較を行った。その結果,特に拡張Luenbergerオブザーバが有効であることが分かった。また,これらを用いた非線形動的コントローラによる車両の軌道制御が可能であることを,同様にシミュレーションによって確認した。