[發明專利]一種基于自抗擾控制的磁帶導引AGV循跡控制方法

有效

• 申請號: 201710076250.7
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN106843214B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 張文安;周海海;王瑤為;劉安東;仇翔
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于自抗擾控制的磁帶導引AGV循跡控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟1)建立磁帶導引AGV小車的循跡模型，根據移動機器人的動態特性，對小車循跡控制系統的橫向偏差距離和偏差角度進行分析，記e_θ為小車質心行進方向相對于磁帶軌跡中心線的偏差角度，e_d為小車質心與磁帶軌跡中心線的橫向偏差距離，假設小車左右輪輪軸中心為小車質心，則當小車差速轉向時，小車質心的行駛速度v_c為

ν_c＝(ν_l+ν_r)/2 (1)

其中v_l,v_r分別為小車左右驅動輪的移動線速度；

轉向角速度ω為

ω＝(ν_l-ν_r)/D (2)

其中D為小車左右驅動輪輪距；

記Δt為一段極短的時間，那么在Δt時間內小車的偏差角度變化量為

Δe_θ＝(ν_l-ν_r)·Δt/D (3)

側向偏差距離變化量為

Δe_d＝ν_c·Δt·sine_θ (4)

根據式(3)、(4)，分別得到其微分方程為

又由于Δt時間內e_θ極小，由式(4)得

令左右驅動輪輪速差Δν＝ν_l-ν_r，聯立式(5)和式(7)得以e_θ,e_d為狀態變量的小車循跡控制系統的狀態空間模型為

其中，令u＝Δv為系統控制量；

小車左右驅動輪的移動速度表示為

其中，u的正負表征為小車質心相對于磁帶中心線是左偏還是右偏，且|u|≤2ν_c；

由式(8)得系統微分方程為

式(10)為磁帶導引小車的循跡誤差模型，為單輸入單輸出二階系統，其中，y為系統控制輸出，即y＝e_d；

步驟2)根據選取的磁導引傳感器和磁帶，確定磁導引傳感器安裝位置相對于小車質心的垂直距離L和相對于磁帶上表面的垂直高度H，并實際量測小車不同姿態磁導引傳感器中心點相對于磁帶中心線的偏差距離E，且小車質心相對于磁帶中心線左偏或右偏均有m個距離值，即E共有2m個數據值；

步驟3)為參考橫向距離偏差安排過渡過程并設計跟蹤微分器，使小車的橫向偏差距離盡可能快而無超調地跟蹤上參考距離，參考距離的過渡過程信號及其微分跟蹤器按如下方程給出：

其中，e_T為小車橫向偏差距離安排的過渡過程信號與參考橫向偏差距離的誤差，為過渡過程信號的近似一階微分信號；f₁，即為快速綜合函數，r₀為快速跟蹤因子，與過渡過程達到穩態值想要的時間成反比，且受系統承受能力制約，取值不可太大，T為積分步長，其具體形式如下：

其中，sign()為符號函數，并具有如下形式：

步驟4)設計擴張狀態觀測器，獲取小車的橫向偏差距離、橫向偏差速度以及總和擾動量的估計值，那么擴張狀態觀測器按如下方程給出：

其中，e_S為小車橫向偏差距離的估計值與實際偏差距離的差，為小車實際橫向偏差距離e_d的估計值，為小車橫向偏差速度的估計值，為系統綜合擾動的估計值，b₀是決定補償強弱的“補償因子”，β₁,β₂,β₃為一組待整定可調參數，T為積分步長，f₂(e_S,ξ₁,T),f₃(e_S,ξ₂,T)為非線性函數，具體表達式如下：

其中，ξ₁,ξ₂為冪指數；

步驟5)狀態誤差反饋控制率設計如下：

其中，e₁為小車橫向偏差距離的跟蹤誤差，e₂為小車橫向偏差速度的跟蹤誤差，這些誤差經過線性組合u₀＝α₁e₁+α₂e₂得到誤差反饋控制率u₀，其中α₁,α₂為各誤差的反饋增益，參考PD控制增益進行調節，將由步驟4)獲得的總和擾動的估計值通過形如的補償過程得到最終的控制量u。

2.如權利要求1所述的一種基于自抗擾控制的磁帶導引AGV循跡控制方法，其特征在于：所述步驟2)中，用磁導引傳感器中心點相對于磁帶中心線的偏差距離E來刻畫控制輸出y，即e_d：

e_d＝E·cose_θ-L·sine_θ (23)

其中Δs_l,Δs_r分別為固定采樣周期內，左右驅動輪的轉動距離，L為磁導引傳感器安裝位置相對于小車質心的垂直距離，D為左右驅動輪輪距。