A Novel Dynamic Three-Level Tracking Controller for Mobile Robots Considering Actuators and Power Stage Subsystems: Experimental Assessment
José Rafael García-Sánchez,
Salvador Tavera-Mosqueda,
Ramón Silva-Ortigoza,
Victor Manuel Hernández-Guzmán,
Magdalena Marciano-Melchor,
José de Jesús Rubio,
Mario Ponce-Silva,
Miguel Hernández-Bolaños,
Jesús Martínez-Martínez
Affiliations
José Rafael García-Sánchez
División de Ingeniería Mecatrónica, Tecnológico de Estudios Superiores de Huixquilucan, Tecnológico Nacional de México, Estado de México 52773, Mexico
Salvador Tavera-Mosqueda
Laboratorio de Mecatrónica & Energía Renovable, Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México 07700, Mexico
Ramón Silva-Ortigoza
Laboratorio de Mecatrónica & Energía Renovable, Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México 07700, Mexico
Victor Manuel Hernández-Guzmán
Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro 76010, Mexico
Magdalena Marciano-Melchor
Laboratorio de Mecatrónica & Energía Renovable, Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México 07700, Mexico
José de Jesús Rubio
Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, ESIME Azcapotzalco, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México 02250, Mexico
Mario Ponce-Silva
Departamento de Ingeniería Electrónica, CENIDET, Tecnológico Nacional de México, Morelos 62490, Mexico
Miguel Hernández-Bolaños
Laboratorio de Mecatrónica & Energía Renovable, Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México 07700, Mexico
Jesús Martínez-Martínez
División de Ingeniería Mecatrónica, Tecnológico de Estudios Superiores de Huixquilucan, Tecnológico Nacional de México, Estado de México 52773, Mexico
In order to solve the trajectory tracking task in a wheeled mobile robot (WMR), a dynamic three-level controller is presented in this paper. The controller considers the mechanical structure, actuators, and power stage subsystems. Such a controller is designed as follows: At the high level is a dynamic control for the WMR (differential drive type). At the medium level is a PI current control for the actuators (DC motors). Lastly, at the low level is a differential flatness-based control for the power stage (DC/DC Buck power converters). The feasibility, robustness, and performance in closed-loop of the proposed controller are validated on a DDWMR prototype through Matlab-Simulink, the real-time interface ControlDesk, and a DS1104 board. The obtained results are experimentally assessed with a hierarchical tracking controller, recently reported in literature, that was also designed on the basis of the mechanical structure, actuators, and power stage subsystems. Although both controllers are robust when parametric disturbances are taken into account, the dynamic three-level tracking controller presented in this paper is better than the hierarchical tracking controller reported in literature.