近日，江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院教授樊啟高科研團隊提出了一種基于擴展狀態(tài)觀測器（ESO）的魯棒控制方法，他們將系統(tǒng)參數(shù)的不確定性和外界環(huán)境干擾視為總擾動并通過設(shè)計的ESO觀測得到，將滑模控制與擾動補償策略相結(jié)合，設(shè)計了一種路徑跟蹤控制器，以消除系統(tǒng)的總擾動并實現(xiàn)微型機器人的精確路徑跟蹤控制。
研究成果發(fā)表在中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊《類生命系統(tǒng)》（Cyborg and Bionic Systems）上。
微型機器人有許多驅(qū)動方法。其中，基于磁場的驅(qū)動方法相比于光驅(qū)、電驅(qū)等驅(qū)動方式，基本不會對生物體產(chǎn)生傷害，因此這種磁性微型機器人被廣泛應用于生物醫(yī)學領(lǐng)域，如靶向給藥、細胞微操作、血管疏通等。研發(fā)團隊將研究目標鎖定磁場驅(qū)動方式，并針對一種梯度磁場驅(qū)動系統(tǒng)開展磁性微型機器人的運動控制研究。
研究團隊針對微型機器人路徑跟蹤控制過程中的擾動問題，通過構(gòu)建ESO來觀測得到微型機器人的實時位置，通過設(shè)計一種結(jié)合滑?？刂坪蛿_動補償?shù)目刂破鱽硐倲_動并抑制跟蹤誤差，從而保證路徑跟蹤的魯棒性。簡單來說，就是在傳統(tǒng)微型機器人的一般路徑跟蹤模式上，添加團隊設(shè)計的ESO和滑?？刂破?，使得微型機器人運動更加“絲滑”。
微型機器人的魯棒控制。江南大學供圖
為了驗證所提控制方法的有效性，研發(fā)團隊在電磁驅(qū)動系統(tǒng)中對磁性微型機器人進行了路徑跟蹤控制實驗。研發(fā)團隊在模擬血管結(jié)構(gòu)中設(shè)定了三種不同的實驗路徑，為了突顯跟蹤效果，將提出的控制方法與傳統(tǒng)PID控制做了對比。
實驗結(jié)果表明，研發(fā)團隊所提出的控制方法能夠成功地實現(xiàn)微型機器人的路徑跟蹤控制，與傳統(tǒng)PID控制方法相比，表現(xiàn)出更好的跟蹤性能。該方法對復雜環(huán)境中的未知干擾和系統(tǒng)參數(shù)的不確定性具有較強的魯棒性。
