Modellierung und Regelung radgetriebener Roboterfahrzeuge

Es werden hier unterschiedliche Typen von Radfahrzeugen mit verschiedenen Lenk‐ und Antriebskonfigurationen betrachtet. Dabei werden Bewegungen auf ebenem Untergrund mit nichtholonomen Zwangsbedingungen an den Rädern vorausgesetzt. Für die Herleitung der Bewegungsgleichungen bzw. der dynamischen Zustandsmodelle wird die Projektionsgleichung in Subsystembeschreibung herangezogen, da sich dadurch eine besonders einfache Vorgehensweise ergibt. Die so erhaltenen mathematischen Modelle der betrachteten Fahrzeuge können dann mithilfe verschiedener Regelkreise und Stellgrößentransformationen auf drei Grundmodelle reduziert werden. Diese reduzierten mathematischen Modelle werden anschließend mittels nichtlinearen Zustands‐ und Stellgrößentransformationen exakt einausgangslinearisiert bzw. zustandslinearisiert. Die Stabilisierung der exakt linearisierten Modelle kann dann mittels der gesamten Theorie der linearen Regelungstechnik einfach realisiert werden. Die für die Regelung notwendige Position und Orientierung des Fahrzeuges gegenüber einem raumfesten Inertialsystem wird mittels eines nichtlinearen Beobachters in Verbindung mit zusätzlichen externen Sensoren berechnet.