Balancing and Trajectory Tracking Control for a Wheeled Mobile Robot

Abstract

This paper presents an optimal controller design using three different algorithms for trajectory tracking of Two Wheeled Balancing Mobile Robot (TWBMR). All the proposed algorithms have been investigated through simulations under the influence of different inputs tracking and exogenous disturbance. This attempts to validate the significance of these algorithms in balance regulation and tracking trajectory. These algorithms are represented by PID-PID based parallel dual feed-back, serial dual feed-back and hybrid optimal control using Feed-forward PID and Feed-back LQR. Simulation results are provided to demonstrate that, the hybrid controller can achieve a better robust performance in comparing to the other two design algorithms. The graphical user interface (GUI) software has been used to show the simulation results in more convenient way.

المستخلص: الغرض من هذا البحث هو تصميم متحكمات باستخدام خوارزميات مختلفة وذلك للمحافظة على استقرار الربوت (الرجل الالى) أثناء الحركة وذلك بجعله يتبع المسار المحدد له دون حدوث له اى ميل اثناء الحركة مع الاخذ فى الاعتبار التغلب على تأثير العوائق الغير مرغوب بها والتي من الممكن ان تصادف الربوت اثناء الحركة وللتأكد من قدرة هذه المتحكمات على اعطاء أفضل اداء للنظام والغاء تاثير هذه المعوقات أثناء الحركة سوف تتم النمذجة والمحاكاة باستخدام Matlab and Simulink. لقد تم تصميم المتحكمات PID-PID المتصلة على التوازى والمتصلة على التوالى بالاضافة المتحكم الهجين المكون من المتحكمات PID -LQR وذلك باستخدام لوغريتمات مختلفة. ومن خلال النتائج المتحصل عليها يتضح بان المتحكم الهجين له افضل أداء ولتسهيل الحصول على النتائج والمقارنة فيما بينها فقد تم استخدام الحزمة البرمجية GUI.