基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法技术方案

本发明专利技术提供基于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。

【技术实现步骤摘要】
基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法
本专利技术涉及AGV系统的控制方法
，具体涉及基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法。
技术介绍
随着社会经济的不断发展，智能化科技的普及进程也越来越快，特别是在制造业的人工智能方面。AGV(自动导引运输车)是一种非完整的机械系统和典型的不确定复杂系统模型上建立的，其在科研、国防、物流等方面有着前景搜救、空间探测、海洋开发，以及PID控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络等其他等领域的广泛应用。AGV(自动导引运输车)是通过方程获得一般问题，非完整力学系统的运动是其中的核心之一。非完整力学系统的运动一直被许多科学家、工程师和数学家们不断地研究，拉格朗日最初描述的是约束运动。从那时起，许多数学家物理学家做出了许多重要的贡献。例如，高斯引入的高斯原理，吉布斯和阿沛耳得到的Gibbs-Appell方程，庞加莱提出的广义拉格朗日方程，狄拉克提供的狄拉克方程。然而，它们都是建立在拉格朗日乘子基础之上的。在D'Alembert原理中，这是虚位移，换句话说，它们是等价的。对于受约束的机械系统，可以有效地利用拉格朗日乘子来计算约束。然而，这种方法的应用不是一个容易的事情，往往很难找到拉格朗日乘子，用乘数法求出的运动的显式方程，尤指具有多自由度系统，有大量不可积的约束。
技术实现思路
为避免上述现有技术所存在的不足，本专利技术提供一种基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，解决了现有技术AGV系统的轨迹跟踪控制方法建模过程中很难获得的拉格朗日乘数的技术问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，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。进一步地，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；。进一步地，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：其中：d表示前轮中心点与AGV中心点距离；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。进一步地，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：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、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。进一步地，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。本专利技术的有益效果包括：1、在AGV系统的轨迹跟踪控制方法中建模过程中采用Udwadia-Kalaba理论，不需要确定通常很难获得的拉格朗日乘数，它适用于具有完整和/或非完整约束的系统，以及理想或非理想的约束。2、在轨迹跟踪控制方法中将约束划分为结构约束和性能约束。结构约束易于建立动态模型，性能约束用于控制设计，结构约束作为动态模型和预设的轨迹作为执行约束，为约束机械系统的建模开辟了新的途径。3、通过求解Udwadia-Kalaba方程，设计了约束力矩的表达式。用Matlab进行的仿真结果表明，可以得到伺服约束控制，AGV运动满足要求，则跟踪轨迹准确、完美。附图说明图1为本专利技术实施例控制方法流程图；图2为本专利技术实施例控制器的整体结构示意图；图3为本专利技术实施例AGV系统的结构示意图；图4为本专利技术实施例AGV系统控制系统结构框图；图5为本专利技术实施例系统稳定性圆形轨迹跟踪仿真示意图；图6为本专利技术实施例系统稳定性圆形轨迹跟踪局部仿真放大示意图；图7为本专利技术实施例系统稳定性线性轨迹仿真示意图；图8为本专利技术实施例系统稳定性线性轨迹局部仿真示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：如图1所示，本实施例提供一种基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，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。进一步地，步骤(1)中AGV轮子设置为前轮和后轮，前轮由驱动电机和旋转电机驱动，不仅可以进行驾驶，而且可以转弯，后轮只有一个作用，支持和引导AGV的身体，根据拉格朗日力学或者牛顿力学，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。进一步地，步骤(2)中，基于AGV系统的动力学模型的结构约束，结构约束是建立在不考虑轨迹控制的基础上，它们都是严格地满足理论要求的，得到扩展动力学方程如下：结合公式(3)和公式(4)，设结构约束为给定：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的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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：其中：d表示前轮中心点与A...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄康，张雁欣，孙浩，甄圣超，陈盼盼，李传阳，刘荣耀，郑运军，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34