[发明专利]基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明提供基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，涉及AGV系统的控制方法技术领域。操作步骤如下所示：(1)建立AGV轮子动力学模型；(2)设立结构约束，建立AGV系统动力学模型；(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；(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。通过在基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，建模过程中采用Udwadia‑Kalaba理论，不需要再确定通常很难获得的拉格朗日乘数，为约束机械系统的建模开辟了新的途径。

技术领域

本发明涉及AGV系统的控制方法技术领域，具体涉及基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，智能化科技的普及进程也越来越快，特别是在制造业的人工智能方面。AGV(自动导引运输车)是一种非完整的机械系统和典型的不确定复杂系统模型上建立的，其在科研、国防、物流等方面有着前景搜救、空间探测、海洋开发，以及PID控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络等其他等领域的广泛应用。AGV(自动导引运输车)是通过方程获得一般问题，非完整力学系统的运动是其中的核心之一。非完整力学系统的运动一直被许多科学家、工程师和数学家们不断地研究，拉格朗日最初描述的是约束运动。从那时起，许多数学家物理学家做出了许多重要的贡献。例如，高斯引入的高斯原理，吉布斯和阿沛耳得到的Gibbs-Appell方程，庞加莱提出的广义拉格朗日方程，狄拉克提供的狄拉克方程。

然而，它们都是建立在拉格朗日乘子基础之上的。在D'Alembert原理中，这是虚位移，换句话说，它们是等价的。对于受约束的机械系统，可以有效地利用拉格朗日乘子来计算约束。然而，这种方法的应用不是一个容易的事情，往往很难找到拉格朗日乘子，用乘数法求出的运动的显式方程，尤指具有多自由度系统，有大量不可积的约束。

发明内容

为避免上述现有技术所存在的不足，本发明提供一种基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，解决了现有技术AGV系统的轨迹跟踪控制方法建模过程中很难获得的拉格朗日乘数的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于AGV系统的轨迹跟踪控制方法，操作步骤如下所示：

(1)建立AGV轮子动力学模型；

(2)设立结构约束，建立AGV系统动力学模型；

(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；

(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。

进一步地，所述步骤(1)中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；表示旋转电机与驱动电机的旋转角，表示的二阶导数；u_t表示旋转电机的旋转力矩；

进一步地，所述步骤(2)中，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：