基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108459605A(43)申请公布日2018.08.28(21)申请号201810240493.4(22)申请日2018.03.22(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人黄康张雁欣孙浩甄圣超陈盼盼李传阳刘荣耀郑运军(74)专利代理机构合肥金安专利事务所34114代理人于俊(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图5页(54)发明名称基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法(57)摘要本发明提供基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，涉及AGV系统的控制方法技术领域。操作步骤如下所示：(1)建立AGV轮子动力学模型；(2)设立结构约束，建立AGV系统动力学模型；(3)基于AGV系统的动力学模型的性能轨迹约束，求取约束力矩；(4)建立基于Udwadia-Kalaba理论的轨迹跟踪控制器，通过所述轨迹跟踪控制器控制所述AGV系统的运行。通过在基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，建模过程中采用Udwadia-Kalaba理论，不需要再确定通常很难获得的拉格朗日乘数，为约束机械系统的建模开辟了新的途径。CN108459605ACN108459605A权利要求书1/3页1.一种基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，操作步骤如下所示：(1)建立AGV轮子动力学模型；(2)设立结构约束，建立AGV系统动力学模型；(3)基于AGV系统的动力学模型的性能轨迹约束，求取约束力矩；(4)建立基于Udwadia-Kalaba理论的轨迹跟踪控制器，通过所述轨迹跟踪控制器控制所述AGV系统的运行。2.如权利要求1所述的基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中AGV轮子设置为前轮和后轮，所述前轮由驱动电机和旋转电机驱动，所述前轮的驱动电机动力学方程为：其中：F表示驱动电机的驱动力，r表示前轮的半径，ud表示驱动电机的驱动力矩，Ra表示驱动电机的电枢电阻，km表示驱动电机的电磁转矩常数，k表示传动系统齿轮传动比，Va1表示驱动电机的输入电压；前轮的旋转电机动力学方程为：其中：I表示在转向轴上的AGV前轮的转动惯量；表示旋转电机与驱动电机的旋转角，表示的二阶倒数；ut表示旋转电机的旋转力矩；。3.如权利要求2所述的基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，基于AGV系统的动力学模型的结构约束，得到扩展动力学方程：结合公式(3)和公式(4)，设定结构约束为给定：对时间t进行微分后，得到结构约束下的第一个动力学方程：AGV的方向角和AGV的方向角速度为：结合方程公式(6)和公式(7)，得到：对公式(8)中对时间t求导后，得到结构约束下的第二个动力学方程：结合公式(1)、(2)、(6)、(9)，最终整理后得综合的动力学方程为：2CN108459605A权利要求书2/3页其中：d表示前轮中心点与AGV中心点距离；v表示AGV的运行速度；θ表示AGV的方向角；x表示AGV中心点在x轴上的位置分量；y表示AGV中点C在y轴上的位置分量；表示x的一阶倒数，即AGV中心点在x轴上的速度分量；表示x的二阶倒数，即AGV中点C在x轴上的加速度分量；表示y的一阶倒数，即AGV中心点在y轴上的速度分量；表示y的二阶倒数，即AGV中心点在y轴上的加速度分量；表示AGV前轮的方向角；表示θ的一阶倒数；ω表示AGV的方向角速度。4.如权利要求1所述的基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，基于AGV系统的动力学模型的性能轨迹约束，AGV系统的动力学模型的力学系统动力学方程的一种表达方程为：其中：3CN108459605A权利要求书3/3页得力学系统的动力学方程另一种表达方程为：其中：结合(11)、(12)、(13)，得约束力矩的表达方程为：其中：τ表示性能约束力矩向量，当AGV需要沿着预设的轨迹运行时，τ1、τ2分别表示：驱动电机和旋转电机应产生的驱动力矩和转动力矩；m表示AGV的质量；q表示关于x、y、θ、的中间向量；分别表示q的一阶倒数、二阶倒数；t表示AGV的运行时间通过上述运算得到驱动电机和旋转电机所需的驱动力矩和转动力矩。5.如权利要求1所述的基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述轨迹跟踪控制涉及为：当AGV系统需要沿着预设的目标运动轨迹运行时，根据步骤(3)得到驱动电机和旋转电机所需的驱动力矩和转动力矩，结合驱动电机的实际力矩和旋转电机的实际力矩，形成闭环反馈控制，使AGV沿着预设的目标运动轨迹运行。4CN108459605A说明书1/9页基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法技术领域[0001]本发明涉及AGV系统的控制方法