AGV驱动转向一体化机构及其导航控制研究

发布时间：2016-10-07 16:39

本文关键词：自动导向车控制系统的数学模型及应用，由笔耕文化传播整理发布。

参考文献；[1]储江伟．基于视觉导航的智能车辆研究与AGV；博士后研究工作报告．2002.08；[2]董平，赵海伶．AGV及AGVS方案研究[J；2002(2)．；[3]昆船技术中心．物流系统概要．；[4]王冰，张惠侨．舵轮型自动引导车（AGV）导；计与研究，1999(4)：60-63；[5]H．Imai，K．Fujiwara，Y．K；Syst

参考文献

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摘要

题目：AGV驱动转向一体化机构及其导航控制研究

专业：载运工具运用工程

指导教师：储江伟教授

自动导向车辆（Automated Guided Vehicle－AGV）是一种无人操纵的自动化运输设备，它能承载一定的重量在出发地和目的地之间自主驾驶，自动运行。

AGV是自动化物流运输系统、柔性生产组织系统的关键设备，对提升我国制造企业的生产模式层次、提高市场的竞争力都具有很重要的意义，同时自动引导车的应用的场所越来越广，包括制造业、仓储业、图书馆、港口码头和机场、烟草、医药、危险特种作业、食品、化工等行业，随着自动引导车应用范围的扩大，对自动引导车也提出了各种不同的要求。特别的低成本、小型化的自动引导车日益受到人们的重视。

自动引导车的驱动转向系统传统通常有驱动转向系统和全方位驱动转向系统两大类，传统驱动转向系统主要有前轮转向和驱动、前轮转向后轮驱动和双轮差速等三种形式。本文从降低成本和小型化的角度出发，设计了一种新型驱动转向机构，该结构驱动转向的动力源是同一个电机，配合两侧的电磁离合器的通断实现车辆的驱动转向功能。

现有自动引导车多采用埋线、图像、激光等导航方法，并且各有各的优缺点。本文采用一种电磁感应引导方法，路径为金属条带，由阵列式的电感式接近开关组为路径感知传感器，该引导方式特点为成本低，路径铺设简单，变更路线方便，应用场所有所限制，导航精度相对较低。

针对基于该种驱动转向一体化机构、采用电磁引导方式的原理样车，本文设计了PID转向导航控制器，在其基础上又设计了智能PID控制器，并进行了试验验证，实验表明车辆导航控制准确可靠。对模型样车进行了运动学分析并建模，通过实验的办法得到驱动转向系统的传递函数，综合运动学模型和此传递函数得到转向控制系统的状态方程，设计了最优控制器，仿真试验表明最有控制器导航效果良好，有较强的抗干扰能力。

下面具体介绍一下本文完成的研究内容： 1、设计并制造了基于驱动转向一体化机构的原理样车；2、详细介绍该驱动转向一体化结构的驱动转向原理，并从运动学和动力学的角度简要的分析了两种转向控制策略；3、提出一种电磁感应式的引导方式，分析了其优缺点机器参数的选择，介绍了直线导航识别 I

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算法；4、对原理样车进行PID控制器的设计及其智能PID控制器设计；5、对原理样车进行运动学建模，用实验法得到驱动转向的传递函数，以此为基础进行最优控制器设计；6、编制具有良好人机界面的样车控制软件，并进行了实际的导航控制实验。

1、设计并制造采用驱动转向一体化机构的原理样车，为展开理论研究与试验验证打下了基础。

本文尝试采用一种新型驱动转向一体化机构来实现自动引导车AGV的驱动转向，设计并制造了采用该机构的原理样车，主要包括驱动转向系统，样车整体机构、电器部分，传感器系统、计算机测控系统等主要子系统设计和主要技术参数的选择。

2、详细论述了这种铰接式的驱动转向一体化机构的驱动转向原理，分析了其优缺点，针对基于该种结构的原理样车，提出了两种转向控制策略，并从运动学和动力学方面分析了这两种控制策略的特点。

3、论证了该原理样车的导航方法，采用电磁感应式的引导方法为该样车提供自动导航信息，其感知传感器为阵列式排列的接近开关组，分析了此方法的优缺点及其参数的选择，详细介绍了直线导航识别算法及流程。

4、设计原理样车的转向PID控制器和转向智能PID控制器，并进行了试验验证。PID控制器的输入包括两部分信息，铰接点的侧偏信息和样车前部的方偏信息，因为PID的控制器为单输入，需要进行融合变成一个输入量，试验和理论分析都表明偏差系数与车辆的运行速度有关，经多次调试选择了最优的一组PID参数和最优权值函数，经试验验证控制器能够实现基本导航。同时发现当不同偏差和偏差的变化趋势时，需要采用的不同PID参数的控制器才能达到较好的控制效果，故又设计了基于规则智能PID控制器，依据有关的调整规则，根据不同的偏差信息调整PID 控制器的三个参数及输出，试验验证表明具有更好的控制效果。

5、建立原理样车的转向系统数学模型，以此设计了转向最优控制器，并进行了计算机仿真验证。基于这种特殊的驱动转向形式，建立了其运动学模型，分析了驱动转向系统的静态特性和动态特性，通过试验的办法得到驱动转向系统的传递函数，这样结合运动学模型就得到了系统转向控制的状态方程，对被控系统的可控性、可观行和稳定性进行了分析，分析结果表明系统开环不稳定，但系统可控可观的，可以通过极点配置的方法使得系统闭环稳定。选择线性二次型作为最优控制器的设计方案，通过对闭环系统阶跃响应曲线和零极点图的分析，合理地确定了代表控制过程和控制代价的加权矩阵Q阵和R阵的大小， II

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