[發明專利]一種基于分數階的重載AGV速度控制方法

有效

• 申請號: 202011499683.1
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112666822B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 沈希忠;張號
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 黃超宇;胡晶

1.一種基于分數階的重載AGV速度控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：對AGV進行建模，將全局地圖坐標系設為XOY，重載AGV車體的坐標系為xoy，坐標原點o為車體中心，y軸方向為車體前進方向，以便更好地分析AGV運動情況；

步驟2：假設重載AGV是一個剛體，重心高度H，寬度2L，質量m，剛體以速度v向右運動，受到的摩擦力f向左用以減速，對AGV剛體平面運動進行受力分析，考慮傾倒的臨界狀態；

步驟3：AGV重心高度H，萬向輪支撐點離重心橫向距離L₁，驅動輪支撐點離重心橫向距離L₂，剛體以速度v向右運動，受到方向向左的摩擦力f，對帶有萬向輪與驅動輪的情況進行分析；

步驟4：將AGV看成一個剛體，重心高度H，寬度2L，質量m，此時主要分析剛體處于傾倒臨界和發生傾倒兩個狀態以及轉彎過程中的狀態，對此狀態下的AGV受力分析；

步驟5：根據步驟1-4所述步驟，設計重載AGV的控制策略，核心在于采用分數階PI^λD^μ對AGV整體的實際行駛速度的反饋進行控制，在重載AGV工作中，在經過彎道或是側移路段時，行車速度要低于0.2m/s，加減速度不能大于0.1m/s²，旋轉角速度不能大于0.5°/s²，旋轉中心為車體的中心為基點；

步驟5中，具體包括以下步驟：

步驟51：控制器的內環為舵機轉速的反饋，其中包含舵機對應電機轉速的PI^λ反饋和腳輪單元偏轉角度的PD^μ反饋，采用P_V和P_AI加權的方式將兩部分結合起來，e_ξ、e_v，和e_A分別表示AGV車體的實際速度與給定速度的偏差、驅動電機實際轉速與給定轉速的偏差、腳輪單元的實際偏轉角與給定偏轉角的偏差；

步驟52：將采集到的電機轉速和腳輪單元偏轉的角度與給定的速度和角度進行比較，將偏差值e_ξ、e_v分別傳輸到轉速PI^λ單元和偏轉角度PD^μ單元，經過控制器運算后將信號輸出至執行單元，舵機的速度反饋表達式為：

u_V(t)＝p_V(k_PVe_V(t)+k_IVD^-λe_V(t))+R_dp_AI(k_PAIe_A(t)+k_DAID^ue_A(t)) (21)

其中，k_PV、k_IV和λ為PI^λ反饋對應的參數，k_PAI、k_DAI和μ為PD^μ反饋對應的參數；

步驟53：外環則采用pI^λD^μ對AGV整體的實際行駛速度的反饋進行控制，即將采集到的AGV實際行駛速度和內環輸出的信號傳入到PI^λD^μ控制單元與給定的數值進行比較，再將PI^λD^μ控制單元處理后的信號傳輸至內環，通過運動學逆解，調節偏轉角和運動速度，車體速度反饋的表達式為：

其中，λ和μ表示AGV車體速度的PID反饋對應的參數；

步驟54：對于分數階控制器中的各項參數整定，根據頻域設計理論，選擇合適的截止頻率ω_c和相位裕度使傳遞函數的相位和幅值滿足以下設計準則：

(1)控制系統開環傳遞函數截止頻率ω_c處相角特性為：

(2)控制系統開環傳遞函數在ω_c處的幅值特性為：

|G(jω_c)|_dB＝|C(jω_c)||P(jω_c)|_dB＝0 (24)

(3)控制系統增益魯棒性條件：

系統開環傳遞函數相位滿足下列關系式：

(4)在穿越頻率ω_p處滿足以下條件：

Arg[C(jω_p)P(jω_p)]＝-π (26)

|C(jω_p)P(jω_p)|＝1/M_g (27)

其中，M_g為幅值裕量；

步驟55：結合步驟54所述4個設計準則，聯立方程組(23)-(27)可以求出PI^λD^μ控制器所需要整定的5個參數，計算方法采用圖解法。