一种叉车的LQR控制方法、装置、存储介质和控制器制造方法及图纸

本发明专利技术涉及车辆控制技术领域，提出一种叉车的LQR控制方法、装置、存储介质和控制器。该LQR控制方法包括：构建原点处于叉车运动起始位置的坐标系；根据所述叉车的前轴和后轴之间的轴距、驱动轮的转向角度、所述叉车的航向角以及所述叉车的速度，求解所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度；将所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度表示为矩阵形式，构建所述叉车的运动学模型；将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制。本发明专利技术通过对叉车的运动状态进行分析，推导出叉车的运动学模型，然后将LQR算法应用于该运动学模型中，从而实现对叉车的LQR控制，提高了叉车的控制精度。

LQR control method, device, storage medium and controller of forklift

【技术实现步骤摘要】
一种叉车的LQR控制方法、装置、存储介质和控制器
本专利技术涉及车辆控制
，尤其涉及一种叉车的LQR控制方法、装置、存储介质和控制器。
技术介绍
LQR(linearquadraticregulator)即线性二次型调节器控制算法，作为一种主流的最优控制算法，凭借其控制精度高的优势受到开发人员的青睐，广泛应用于无人车的控制领域。然而，对于叉车等非常规车辆来说，由于行驶速度较慢，目前通常采用的是一些较为简单的非LQR的控制方法，可是随着对叉车的控制精度要求的提高，如何将LQR算法应用于叉车的控制成为技术人员急需考虑的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种叉车的LQR控制方法、装置、存储介质和控制器，能够将LQR算法应用于叉车的控制，从而提高叉车的控制精度。本专利技术实施例的第一方面，提供了一种叉车的LQR控制方法，包括：构建原点处于叉车运动起始位置的坐标系，所述叉车具有一个用于转向和前进的驱动轮；根据所述叉车的前轴和后轴之间的轴距、所述驱动轮的转向角度、所述叉车的航向角以及所述叉车的速度，求解所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度；将所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度表示为矩阵形式，构建所述叉车的运动学模型；将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制。本专利技术实施例的第二方面，提供了一种叉车的LQR控制装置，包括：坐标系构建模块，用于构建原点处于叉车运动起始位置的坐标系，所述叉车具有一个用于转向和前进的驱动轮；速度求解模块，用于根据所述叉车的前轴和后轴之间的轴距、所述驱动轮的转向角度、所述叉车的航向角以及所述叉车的速度，求解所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度；运动学模型构建模块，用于将所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度表示为矩阵形式，构建所述叉车的运动学模型；LQR控制模块，用于将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制。本专利技术实施例的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如本专利技术实施例的第一方面提出的叉车的LQR控制方法的步骤。本专利技术实施例的第四方面，提供了一种控制器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机可读指令，所述处理器执行所述计算机可读指令时实现如本专利技术实施例的第一方面提出的叉车的LQR控制方法的步骤。本专利技术实施例提出的叉车的LQR控制方法包括：构建原点处于叉车运动起始位置的坐标系；根据所述叉车的前轴和后轴之间的轴距、驱动轮的转向角度、所述叉车的航向角以及所述叉车的速度，求解所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度；将所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度表示为矩阵形式，构建所述叉车的运动学模型；将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制。LQR是一种基于模型的控制方法，本专利技术实施例通过对叉车的运动状态进行分析，推导出叉车的运动学模型，然后将LQR算法应用于该运动学模型中，从而实现对叉车的LQR控制，提高了叉车的控制精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种叉车的LQR控制方法的一个实施例的流程图；图2是本专利技术实施例提供的一种叉车的LQR控制装置的一个实施例的结构图；图3是本专利技术实施例提供的一种控制器的示意图。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种叉车的LQR控制方法、装置、存储介质和控制器，能够将LQR算法应用于叉车的控制，从而提高叉车的控制精度。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术实施例中一种叉车的LQR控制方法包括：101、构建原点处于叉车运动起始位置的坐标系，所述叉车具有一个用于转向和前进的驱动轮；由于LQR是一种基于模型的控制方法，为了实现对叉车的LQR控制，首先需要推导叉车的运动学模型。为描述叉车的运动学模型，构建原点处于叉车运动起始位置的坐标系，比如构建一个XOY坐标系，(X，Y)表示叉车的运动位置。在结构上，该叉车具有一个用于转向和前进的驱动轮，以及若干数量的支撑轮。102、根据所述叉车的前轴和后轴之间的轴距、所述驱动轮的转向角度、所述叉车的航向角以及所述叉车的速度，求解所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度；然后，根据所述叉车的前轴和后轴之间的轴距、所述驱动轮的转向角度、所述叉车的航向角以及所述叉车的速度，求解所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度。由于叉车的各个支撑轮的转动方向固定，故可以假设支撑轮中心速度方向垂直于叉车的后轴，再根据驱动轮的转向角度和轴距可以确定叉车的转弯半径为：在公式(1.1)中，R表示叉车的转弯半径，L表示轴距，δ表示驱动轮的转向角度。接着，可以在叉车的车体上构建一个车身坐标系，在该车身坐标系下，可以获得以下公式：其中，表示叉车于X方向的速度分量，表示叉车于Y方向的速度分量，v表示叉车的速度(即线速度)，w表示叉车的角速度，L表示轴距，δ表示驱动轮的转向角度。对车身坐标系下的公式(1.2)、(1.3)和(1.4)做坐标变换，在步骤101所构建的坐标系下表示，得到以下公式：其中，表示叉车于X方向的速度分量，表示叉车于Y方向的速度分量，v表示叉车的速度(即线速度)，Ω表示叉车的角速度，L表示轴距，δ表示驱动轮的转向角度，ψ表示叉车的航向角。至此，即得到了所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度的表达式，即上述公式(1.5)、(1.6)和(1.7)。103、将所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度表示为矩阵形式，构建所述叉车的运动学模型；在得到所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度的表达式之后，将其表示为矩阵的形式，从而构建该叉车的运动学模型为：通过对叉车运动状态的分析，构建出叉车的运动学模型，接下来即可将LQR算法应用于该运动学模型中。104、将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制。在获得叉车的运动学模型之后，即可将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制。具体的，步骤104可以包括：(1)取所述叉车于所述坐标系的位置坐标和所述航向角作为LQR控制的状态量，取所述叉车的速度和所述驱动轮的转向角度作为LQR控制的控制量；(2)将所述运动学模型表示为所述状态量和所述控制量的函数；(3)将所述函数在所述驱动轮的预设参考轨迹点处执行泰勒展开处理，得到第一矩阵表达式；(4)根据预设的周期对所述第一矩阵表达式执行离散化处理，得到第二矩阵表达式；(5)结合所述第二矩阵表达式求解预先构建的LQR评价函数的最优解，获得最优控制量；(6)根据所述最优控制量对所述叉车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叉车的LQR控制方法，其特征在于，包括：构建原点处于叉车运动起始位置的坐标系，所述叉车具有一个用于转向和前进的驱动轮；根据所述叉车的前轴和后轴之间的轴距、所述驱动轮的转向角度、所述叉车的航向角以及所述叉车的速度，求解所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度；将所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度表示为矩阵形式，构建所述叉车的运动学模型；将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制。

【技术特征摘要】
1.一种叉车的LQR控制方法，其特征在于，包括：构建原点处于叉车运动起始位置的坐标系，所述叉车具有一个用于转向和前进的驱动轮；根据所述叉车的前轴和后轴之间的轴距、所述驱动轮的转向角度、所述叉车的航向角以及所述叉车的速度，求解所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度；将所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度表示为矩阵形式，构建所述叉车的运动学模型；将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制。2.根据权利要求1所述的LQR控制方法，其特征在于，所述叉车于所述坐标系下的速度分量以及角速度的表达式为：所述叉车的运动学模型为：其中，表示所述叉车于所述坐标系的第一方向的速度分量，表示所述叉车于所述坐标系的第二方向的速度分量，v表示所述叉车的速度，δ表示所述驱动轮的转向角度，ψ表示所述叉车的航向角，Ω表示所述叉车的角速度，L表示所述轴距。3.根据权利要求2所述的LQR控制方法，其特征在于，所述将LQR算法应用于所述运动学模型，实现对所述叉车的LQR控制包括：取所述叉车于所述坐标系的位置坐标和所述航向角作为LQR控制的状态量，取所述叉车的速度和所述驱动轮的转向角度作为LQR控制的控制量；将所述运动学模型表示为所述状态量和所述控制量的函数；将所述函数在所述驱动轮的预设参考轨迹点处执行泰勒展开处理，得到第一矩阵表达式；根据预设的周期对所述第一矩阵表达式执行离散化处理，得到第二矩阵表达式；结合所述第二矩阵表达式求解预先构建的LQR评价函数的最优解，获得最优控制量；根据所述最优控制量对所述叉车执行LQR控制。4.根据权利要求3所述的LQR控制方法，其特征在于，所述LQR控制的状态量表示为m＝[X，Y，ψ]T，其中X、Y为所述叉车于所述坐标系中的位置坐标，所述LQR控制的控制量表示为u＝[v，δ]；所述函数表示为：所述预设参考轨迹点表示为(mr，ur)，其中mr＝[Xr，Yr，ψr]T，ur＝[vr，δr]；所述将所述函数在所述驱动轮的预设参考轨迹点处执行泰勒展开处理后，得到以下矩阵表达式：令得到所述第一矩阵表达式为：根据预设的周期T对所述第一矩阵表达式执行离散化处理，得到所述第二矩阵表达式为：其中，表示状态量偏差，表示控制量偏差，表示状态量偏差的导数，k，k+1...代表不同的时刻点，相邻的时刻点之间相差一个所述周期T，5.根据权利要求4所述的LQR控制方法，其特征在于，所述结合所述第二矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：王羽麟，唐靖华，袁乐天，任承锦，
申请(专利权)人：顺丰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44