本文關(guān)鍵詞：自動導向車控制系統(tǒng)的數(shù)學模型及應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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摘 要

題 目：AGV驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化機構(gòu)及其導航控制研究

專 業(yè)：載運工具運用工程

指導教師：儲江偉 教授

自動導向車輛（Automated Guided Vehicle－AGV）是一種無人操縱的自動化運輸設(shè)備，它能承載一定的重量在出發(fā)地和目的地之間自主駕駛，自動運行。

AGV是自動化物流運輸系統(tǒng)、柔性生產(chǎn)組織系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，對提升我國制造企業(yè)的生產(chǎn)模式層次、提高市場的競爭力都具有很重要的意義，同時自動引導車的應用的場所越來越廣，包括制造業(yè)、倉儲業(yè)、圖書館、港口碼頭和機場、煙草、醫(yī)藥、危險特種作業(yè)、食品、化工等行業(yè)，隨著自動引導車應用范圍的擴大，對自動引導車也提出了各種不同的要求。特別的低成本、小型化的自動引導車日益受到人們的重視。

自動引導車的驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳統(tǒng)通常有驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和全方位驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類，傳統(tǒng)驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有前輪轉(zhuǎn)向和驅(qū)動、前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動和雙輪差速等三種形式。本文從降低成本和小型化的角度出發(fā)，設(shè)計了一種新型驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)，該結(jié)構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)向的動力源是同一個電機，配合兩側(cè)的電磁離合器的通斷實現(xiàn)車輛的驅(qū)動轉(zhuǎn)向功能。

現(xiàn)有自動引導車多采用埋線、圖像、激光等導航方法，并且各有各的優(yōu)缺點。本文采用一種電磁感應引導方法，路徑為金屬條帶，由陣列式的電感式接近開關(guān)組為路徑感知傳感器，該引導方式特點為成本低，路徑鋪設(shè)簡單，變更路線方便，應用場所有所限制，導航精度相對較低。

針對基于該種驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化機構(gòu)、采用電磁引導方式的原理樣車，本文設(shè)計了PID轉(zhuǎn)向?qū)Ш娇刂破�，在其基礎(chǔ)上又設(shè)計了智能PID控制器，并進行了試驗驗證，實驗表明車輛導航控制準確可靠。對模型樣車進行了運動學分析并建模，通過實驗的辦法得到驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，綜合運動學模型和此傳遞函數(shù)得到轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程，設(shè)計了最優(yōu)控制器，仿真試驗表明最有控制器導航效果良好，有較強的抗干擾能力。

下面具體介紹一下本文完成的研究內(nèi)容： 1、設(shè)計并制造了基于驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化機構(gòu)的原理樣車；2、詳細介紹該驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化結(jié)構(gòu)的驅(qū)動轉(zhuǎn)向原理，并從運動學和動力學的角度簡要的分析了兩種轉(zhuǎn)向控制策略；3、提出一種電磁感應式的引導方式，分析了其優(yōu)缺點機器參數(shù)的選擇，介紹了直線導航識別 I

吉林大學碩士學位論文

算法；4、對原理樣車進行PID控制器的設(shè)計及其智能PID控制器設(shè)計；5、對原理樣車進行運動學建模，用實驗法得到驅(qū)動轉(zhuǎn)向的傳遞函數(shù)，以此為基礎(chǔ)進行最優(yōu)控制器設(shè)計；6、編制具有良好人機界面的樣車控制軟件，并進行了實際的導航控制實驗。

1、設(shè)計并制造采用驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化機構(gòu)的原理樣車，為展開理論研究與試驗驗證打下了基礎(chǔ)。

本文嘗試采用一種新型驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化機構(gòu)來實現(xiàn)自動引導車AGV的驅(qū)動轉(zhuǎn)向，設(shè)計并制造了采用該機構(gòu)的原理樣車，主要包括驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，樣車整體機構(gòu)、電器部分，傳感器系統(tǒng)、計算機測控系統(tǒng)等主要子系統(tǒng)設(shè)計和主要技術(shù)參數(shù)的選擇。

2、詳細論述了這種鉸接式的驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化機構(gòu)的驅(qū)動轉(zhuǎn)向原理，分析了其優(yōu)缺點，針對基于該種結(jié)構(gòu)的原理樣車，提出了兩種轉(zhuǎn)向控制策略，并從運動學和動力學方面分析了這兩種控制策略的特點。

3、論證了該原理樣車的導航方法，采用電磁感應式的引導方法為該樣車提供自動導航信息，其感知傳感器為陣列式排列的接近開關(guān)組，分析了此方法的優(yōu)缺點及其參數(shù)的選擇，詳細介紹了直線導航識別算法及流程。

4、設(shè)計原理樣車的轉(zhuǎn)向PID控制器和轉(zhuǎn)向智能PID控制器，并進行了試驗驗證。PID控制器的輸入包括兩部分信息，鉸接點的側(cè)偏信息和樣車前部的方偏信息，因為PID的控制器為單輸入，需要進行融合變成一個輸入量，試驗和理論分析都表明偏差系數(shù)與車輛的運行速度有關(guān)，經(jīng)多次調(diào)試選擇了最優(yōu)的一組PID參數(shù)和最優(yōu)權(quán)值函數(shù)，經(jīng)試驗驗證控制器能夠?qū)崿F(xiàn)基本導航。同時發(fā)現(xiàn)當不同偏差和偏差的變化趨勢時，需要采用的不同PID參數(shù)的控制器才能達到較好的控制效果，故又設(shè)計了基于規(guī)則智能PID控制器，依據(jù)有關(guān)的調(diào)整規(guī)則，根據(jù)不同的偏差信息調(diào)整PID 控制器的三個參數(shù)及輸出，試驗驗證表明具有更好的控制效果。

5、建立原理樣車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學模型，以此設(shè)計了轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制器，并進行了計算機仿真驗證�；�于這種特殊的驅(qū)動轉(zhuǎn)向形式，建立了其運動學模型，分析了驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，通過試驗的辦法得到驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，這樣結(jié)合運動學模型就得到了系統(tǒng)轉(zhuǎn)向控制的狀態(tài)方程，對被控系統(tǒng)的可控性、可觀行和穩(wěn)定性進行了分析，分析結(jié)果表明系統(tǒng)開環(huán)不穩(wěn)定，但系統(tǒng)可控可觀的，可以通過極點配置的方法使得系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。選擇線性二次型作為最優(yōu)控制器的設(shè)計方案，通過對閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應曲線和零極點圖的分析，合理地確定了代表控制過程和控制代價的加權(quán)矩陣Q陣和R陣的大小， II

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