文 献 综 述
摘要：本文介绍了轮式移动机器人和滑模变结构控制的概念。通过对比各类研究中的控制方法，总结了非完整约束条件下的移动机器人轨迹跟踪方面的研究现状。
1 引言
随着现代工业和科学技术的飞速发展，机器人的应用日益广泛。移动机器人的用途已经从仅用于提高生产率、改善劳动条件，逐步转变到感知、导航、路径规划等相关领域。[1]近年来，如何在未知环境下实现机器人的路径规划、避障和自主控制已成为机器人研究领域的一个重要方向。
2 背景知识
2.1 轮式移动机器人
机器人移动结构的实现主要分为轮式、腿式、蛇行式、履带式、跳跃式、复合式。轮式移动机器人与其他类型相比，虽然存在运动稳定性与路面路况密切相关、复杂地形轨迹的精确控制不易实现等问题，但由于其有自重轻、承载大、结构相对简单、驱动和控制相对方便的优点，且行走速度快、动作灵活、工作效率高，因此被大量应用于工农业、反恐防爆、家庭和空间探测等领域。[2]
按照运动的约束方程，移动机器人可分为受完整性约束和受非完整性约束两类。轮式移动机器人就是一种典型的受非完整约束复杂系统。Brockett指出：“完整约束下的系统可通过完整约束条件求解出各状态变量，将原系统简化为低维度无约束系统。但由于非完整约束是不可积约束，无法利用积分转化为几何约束，从而不具备该特性。”当机器人受非完整约束时，由于不满足Brockett的光滑状态反馈镇定条件，所以不存在光滑（甚至连续）静态或动态反馈镇定控制律。[3]非完整约束下轮式移动机器人的运动学和动力学方程是非线性函数，用常规线性控制理论进行控制较为困难，也不便于化为线性系统。但由于其普遍性，目前仍有不少学者致力于非完整性约束下的移动机器人的运动控制研究。
2.2 滑模变结构控制
变结构控制（variable structure control，VSC）是一种特殊的非线性控制，它的非线性表现在控制的不连续性。在变结构控制的控制策略中，系统的结构可以在动态过程中根据系统当前的状态（偏差、各阶导数等）不断变化，迫使系统依照预定滑动模态的状态轨迹运动，故又常将变结构控制称作滑动模态控制（sliding mode control，SMC），即滑模变结构控制。该方法具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无须系统在线辨识、物理实现简单等优点。但是，当状态轨迹到达滑模面后，难以严格地沿着滑动面向平衡点滑动，其会在滑模面两侧来回穿越从而产生颤动。[4]
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