[发明专利]基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，操作步骤如下所示：

(1)建立AGV轮子动力学模型

AGV轮子设置为前轮和后轮，所述前轮由驱动电机和旋转电机驱动，所述前轮的驱动电机动力学方程为：

其中：F表示驱动电机的驱动力，r表示前轮的半径，u_d表示驱动电机的驱动力矩，R_a表示驱动电机的电枢电阻，k_m表示驱动电机的电磁转矩常数，k表示传动系统齿轮传动比，V_a1表示驱动电机的输入电压；

前轮的旋转电机动力学方程为：

其中：I表示在转向轴上的AGV前轮的转动惯量；表示AGV前轮的方向角，表示的二阶导数；u_t表示旋转电机的旋转力矩；

(2)设立结构约束，建立AGV系统动力学模型

基于AGV系统的动力学模型的结构约束，得到扩展动力学方程：

结合公式(3)和公式(4)，设定结构约束为给定：

对时间t进行微分后，得到结构约束下的第一个动力学方程：

AGV的方向角和AGV的方向角速度为：

结合方程公式(6)和公式(7)，得到：

对公式(8)中对时间t求导后，得到结构约束下的第二个动力学方程：

结合公式(1)、(2)、(6)、(9)，最终整理后得综合的动力学方程为：

其中：d表示前轮中心点与AGV中心点距离；v表示AGV的运行速度；θ表示AGV的方向角；x表示AGV中心点在x轴上的位置分量；y表示AGV中点C在y轴上的位置分量；表示x的一阶导数，即AGV中心点在x轴上的速度分量；表示x的二阶导数，即AGV中点C在x轴上的加速度分量；表示y的一阶导数，即AGV中心点在y轴上的速度分量；表示y的二阶导数，即AGV中心点在y轴上的加速度分量；表示AGV前轮的方向角；表示θ的一阶导数；ω表示AGV的方向角速度；

(3)基于AGV系统的动力学模型的性能轨迹约束，求取约束力矩

基于AGV系统的动力学模型的性能轨迹约束，AGV系统的动力学模型的力学系统动力学方程的一种表达方程为：

其中：

得

力学系统的动力学方程另一种表达方程为：

其中：

结合(11)、(12)、(13)，得约束力矩的表达方程为：

其中：τ表示性能约束力矩向量，当AGV需要沿着预设的轨迹运行时，τ₁、τ₂分别表示：驱动电机和旋转电机应产生的驱动力矩和转动力矩；m表示AGV的质量；q表示关于x、y、θ、的中间向量；分别表示q的一阶导数、二阶导数；t表示AGV的运行时间；

通过上述运算得到驱动电机和旋转电机所需的驱动力矩和转动力矩；

(4)建立基于Udwadia-Kalaba理论的轨迹跟踪控制器，通过所述轨迹跟踪控制器控制所述AGV系统的运行

所述轨迹跟踪控制涉及为：当AGV系统需要沿着预设的目标运动轨迹运行时，根据步骤(3)得到驱动电机和旋转电机所需的驱动力矩和转动力矩，结合驱动电机的实际力矩和旋转电机的实际力矩，形成闭环反馈控制，使AGV沿着预设的目标运动轨迹运行。