随着科技的不断发展,智慧城市正在逐步形成,在人们的日常生活中机器人产品的身影随处可见。轮式移动机器人具有结构简单、移动灵活、可操作性强等优点,因此被广泛应用于室内服务、货物搬运、野外勘探和工厂巡检等领域。轮式移动机器人通常在复杂多变的环境中工作,地面条件的变化会产生外部扰动,降低轮式移动机器人的轨迹跟踪性能,影响其工作效率。此外,轮式移动机器人在跟踪期望轨迹时可能会遇到障碍物,这就需要设计合理的控制算法来使轮式移动机器人及时避开障碍物,在不发生碰撞的前提下跟踪期望轨迹,安全到达目标位置。本论文针对轮式移动机器人的轨迹跟踪控制和避障控制进行了研究,主要研究工作如下:首先,针对轮式移动机器人在非光滑地面上的轨迹跟踪问题,设计了一种双闭环控制策略。外环控制是一个运动学控制器,可以根据轮式移动机器人的位置和方向跟踪误差来产生期望速度。内环控制采用一个时变增益扩张状态观测器来实时估计非光滑地面造成的外部扰动,并在力矩控制律中进行扰动补偿,使得轮式移动机器人的实际速度跟踪上期望速度。此外,本论文通过轮式移动机器人轨迹跟踪实验证明了所提控制策略的有效性。然后,针对轮式移动机器人在外部扰动下的轨迹跟踪及避障问题,设计了一种基于事件触发的模型预测控制策略。该控制策略通过状态约束和终端状态约束来实现精确的轨迹跟踪控制,通过避障约束来实现轮式移动机器人的实时避障。并且,通过在成本函数中引入势场函数来保证避障路径的平滑性。同时,事件触发机制和自适应预测时域的引入可显著减小求解最优控制问题的计算量。此外,本论文通过轮式移动机器人轨迹跟踪及避障仿真证明了所提控制策略的有效性。最后,针对轮式移动机器人在柔软地面上的轨迹跟踪及避障问题,设计了一种基于固定时间扩张状态观测器的模型预测控制策略。固定时间扩张状态观测器能够实时估计柔软地面造成的外部扰动,且估计误差能够在固定时间内收敛到零。模型预测控制策略可解得一个最优控制序列,通过在最优控制序列的第一个元素中进行扰动补偿即可实现柔软地面上的轨迹跟踪和避障控制。此外,本文通过轮式移动机器人轨迹跟踪及避障实验证明了所提控制策略的有效性。