AGV智能小車循跡系統(tǒng)的建模與仿真

1、AGV智能小車循跡系統(tǒng)的建模與仿真匯報人： 田佳豪 王嘉津 周博文 鄒星星1AGV智能小車車簡述12目錄簡述34數(shù)學(xué)建模模Simulink建模與仿仿真控制系統(tǒng)設(shè)計AGV智能小車車簡述AGV(Automatic GuidedVehicle)智能小車車又稱自自動導(dǎo)引引車，是是一種在在計算機機監(jiān)控下下，根據(jù)據(jù)具體規(guī)規(guī)劃和作作業(yè)要求求完成取取貨、送送貨、充充電等任任務(wù)的無無人駕駛駛自動化化車輛。AGV智能小車車簡述AGV智能小車車是一種種以電池池為動力力，裝有有電磁導(dǎo)導(dǎo)引設(shè)備備或光學(xué)學(xué)導(dǎo)引設(shè)設(shè)備，能能夠自動動沿著預(yù)預(yù)定軌道道行駛的的自動化化車輛。應(yīng)用AGV小車具有有以下優(yōu)優(yōu)勢：（1）可以減減少撿取取貨

2、物、搬運貨貨物的勞勞動力，提高勞勞動效率率。（2）搬運貨貨物時，小車自自身不易易與周邊邊加工設(shè)設(shè)備發(fā)生生碰撞，降低了了生產(chǎn)事事故的發(fā)發(fā)生率。（3）能夠與與機器人人、堆垛垛機等自自動化設(shè)設(shè)備完美美配合作作業(yè)，且且能夠?qū)崒崿F(xiàn)對貨貨物的實實時跟蹤蹤，大大大減少貨貨物丟失失的發(fā)生生率。（4）耗電量量小，無無噪聲污污染。數(shù)學(xué)建模模王嘉津問題該系統(tǒng)的的輸入和和輸出是是什么？系統(tǒng)建模模的思路路？如何建立立運動學(xué)學(xué)模型？如何建立立電機驅(qū)驅(qū)動模型型？如何整合合模型？1輸入和輸輸出是什什么？ 針對對系系統(tǒng)的哪哪一部分分建模？1該系統(tǒng)的的輸入和和輸出是是什么？仿真的目目的：找找到合適適的控制制器，使使小車及及時修正

3、正偏差，達(dá)到較較好的循循跡性能能。那么只需需要觀測測小車運運行中偏偏差量變變化的狀狀態(tài)，便便可評估估控制器器的優(yōu)劣劣。因此輸出出量應(yīng)選選擇為能能反映小小車偏離離軌道程程度的變變量。輸出量：當(dāng)小車修修正偏差差進行轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎時，是通過過后輪（驅(qū)動輪輪）的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速差實實現(xiàn)的，決定后后輪轉(zhuǎn)速速的是電電機的電電樞電壓壓。輸入量：電樞電電壓建模的實實質(zhì)：反反映輸入入電壓與與之之間間的關(guān)系系。2系統(tǒng)建模模的思路路？機電一體體化產(chǎn)品品的組成成：機械械本體，傳感器器，控制制系統(tǒng)，驅(qū)動器器。此次建模模分為兩兩部分：建立運運動學(xué)模模型和建建立電機機驅(qū)動模模型。電機驅(qū)動動模型要要得到的的是輸入入電壓與與速度（轉(zhuǎn)速）之間的的

4、關(guān)系。運動學(xué)模模型要得得到的是是速度與與（位移移）之間間的關(guān)系系。最后將兩兩個模型型整合形形成最終終的數(shù)學(xué)學(xué)模型。3如何建立立運動學(xué)學(xué)模型？目標(biāo)：尋尋找與與速速度之間間的關(guān)系系。在分析小小車處于于轉(zhuǎn)彎狀狀態(tài)時的的速度時時不能將將小車當(dāng)當(dāng)做質(zhì)點點，那么么應(yīng)該研研究哪一一點的速速度？位移=速度*時間，但但M點的速度度并不好好直接表表示，因因此考慮慮用位移移之間的的數(shù)量關(guān)關(guān)系來表表示。目標(biāo)：需需要尋找找、與與速速度之間間的關(guān)系系。、均均與與O點速度相相關(guān)，且且與與電電機直接接控制的的速度、相相關(guān)關(guān)。 3如何建立立運動學(xué)學(xué)模型？ 由于很很小，則于是最終終運動學(xué)學(xué)模型如如下：4如何建立立電機驅(qū)驅(qū)動模型型

5、？目標(biāo)：尋尋找輸入入電壓與與車輪速速度（）之之間的關(guān)關(guān)系。直流電機機動態(tài)過過程的微微分方程程如下：此時忽略略車體質(zhì)質(zhì)量、摩摩擦阻力力對車速速的影響響，則電電機的理理想空載載轉(zhuǎn)速=車輪轉(zhuǎn)速速。理想空載載表示負(fù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩矩為零。則：對于直流流伺服電電機，最終的電電機驅(qū)動動模型如如下5如何整合合模型？經(jīng)過問題題3和4的解答，分別得得到了運運動學(xué)模模型和電電機驅(qū)動動模型，但由于于中間變變量速度度沒有統(tǒng)統(tǒng)一，仍仍不能直直接將其其組合在在一起。為了簡化化推導(dǎo)過過程，以以勻速直直線運動動為例。在沒有有外部擾擾動的情情況下，左右電電機的給給定信號號相等，即，在此此作用下下小車產(chǎn)產(chǎn)生速度度可可視視為常數(shù)數(shù)。當(dāng)外外

6、部擾動動使小車車偏離預(yù)預(yù)定路徑徑時，給給定信號號將分別別加減一一個糾偏偏控制量量，即相應(yīng)的電電機輸出出速度為為：此模型是是一個非非線性系系統(tǒng)，但但由于小小車是在在確定路路線上運運行的，它的糾糾偏過程程可視為為在給定定信號基基礎(chǔ)上增增加一個個微小的的控制量量，因而而這樣一一個非線線性化系系統(tǒng)就可可以采用用小偏差差線性化化的方法法將其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為線線性系統(tǒng)統(tǒng)。于是是有5如何整合合模型？此時得到到最終數(shù)數(shù)學(xué)模型型如下：如何得到到？SIMULINK建模與仿仿真周博文1 .狀態(tài)傳遞遞函數(shù)根據(jù)前面面同學(xué)建建立的系系統(tǒng)模型型整理，可以得得出系統(tǒng)統(tǒng)狀態(tài)矩矩微分方方程。選擇狀態(tài)態(tài)變量x1=v，x2=，x3=Edm，

7、并令輸輸入u=U，輸出y=Edm?？梢缘玫玫较到y(tǒng)統(tǒng)的狀態(tài)態(tài)矩陣如如下2.系統(tǒng)可控控性分析析將小車與與電機的的相關(guān)參參數(shù)代入方程程得：rankB,AB,A2B=3說明系統(tǒng)統(tǒng)可控3.狀態(tài)反饋饋控制器器設(shè)計狀態(tài)反饋饋u=v-Kx，K=k1,k2,k3自動引導(dǎo)導(dǎo)小車的的控制規(guī)規(guī)律可以以表示為為：U=v-(k1v+k2+k3Edm)狀態(tài)反饋饋矩陣K的引入，并不增增加系統(tǒng)統(tǒng)的維數(shù)數(shù)，但是是可以通通過K的自由選選取改變變閉環(huán)系系統(tǒng)的特特征值，從而使使系統(tǒng)獲獲得所要要求得性性能。設(shè)計狀態(tài)態(tài)反饋陣陣時，要要使系統(tǒng)統(tǒng)的極點點設(shè)計成成具有兩兩個主導(dǎo)導(dǎo)極點，一個非主導(dǎo)極極點，這這樣就可可以用二二階系統(tǒng)統(tǒng)的分析析方法進

8、進行參數(shù)數(shù)的確定定。我們要求求最大超調(diào)調(diào)量小于于等于4.3%，調(diào)節(jié)節(jié)時間為為4S?？梢郧蟪龀鱿到y(tǒng)阻阻尼=0.707，Wn=1.06則極點公公式得到兩個個共軛極極點為3.狀態(tài)反饋饋控制器器設(shè)計在MATLAB的控制制系統(tǒng)工工具箱中中提供了了單變量量系統(tǒng)極極點配置置acker(),其其格式為為K=acker(A,B,p)程序如下下：A=-0.10 0;10/3 00;5/3-3/40;B=7:0:0;C=0:0:1;D=0;Rc=rank(ctrb(A,B);P=-0.75+0.707j,-0.75-0.707j,-15;K=acker(A,B,p)運行行結(jié)果如如下：4.Simulink建模根據(jù)數(shù)學(xué)

9、學(xué)建模和和設(shè)計的的狀態(tài)反反饋控制制器建立立如下Simulink模型5.Simulink仿真當(dāng)小車偏偏離運行行軌跡時時，現(xiàn)有有的系統(tǒng)統(tǒng)可以根根據(jù)傳感感器測出出偏差，接著偏偏差信號號輸入控控制器，通過控控制器輸輸出控制制電壓修修正運行行軌跡。通過仿仿真曲線線，得到到該系統(tǒng)統(tǒng)對直線線路徑具具有較好好的跟蹤蹤控制性性能。AGV小車控制制系統(tǒng)設(shè)設(shè)計鄒星星4.1AGV模擬小車車控制總總體框圖圖STM32主控板LCD觸摸屏地標(biāo)傳感感器控制按鍵鍵無線WiFi磁導(dǎo)航傳傳感器組組警示燈電機控制制模塊LCD觸摸屏STM32磁采集控控制板4.2主控制器器模擬車控控制器采采用STM32來實現(xiàn)，主要任任務(wù)是對對小車進進行

10、總體體控制，主要功功能：接接受上位位機的命命令、任任務(wù)；向向上位機機報告小小車的實實時狀態(tài)態(tài)（包括括小車目目前的所所處位置置，運行行速度、方向、故障狀狀態(tài)等）；根據(jù)據(jù)設(shè)定的的路線，自主的的巡航和和速度控控制。4.2磁導(dǎo)航傳傳感器組組磁導(dǎo)航傳傳感器組組利用平平均排布布的8個采樣點點，磁采采集傳感感器組示示意圖如如所示。磁傳感感器組能能夠檢測測出磁條條上方100Gauss左右的微微弱磁場場，每個個采樣點點連接一一個傳感感器，一一共有8路信號輸輸出。因因為兩個個傳感器器之間的的距離是是20mm，磁條的的寬度是是50mm，因此AGV在運行時時，磁導(dǎo)導(dǎo)航傳感感器組會會有連續(xù)續(xù)的23路輸出采采樣值。通過連

11、連續(xù)輸出出的23路信號的的傳感器器編號，可以計計算出磁磁條相對對于AGV車體中線線的位置置偏差，AGV會自動作作出調(diào)整整，確保保AGV跟蹤磁條條前行。20mm4.障礙檢測測AGV模擬小車車在工作作時，會會時刻遇遇見突發(fā)發(fā)狀況，比如道道路上的的障礙物物以及走走動的人人。為了了保證AGV在行駛過過程，自自身車體體結(jié)構(gòu)的的安全性性以及工工作環(huán)境境中人和和貨物的的安全，在AGV車體前后后分別裝裝置了避避障檢查查裝簧和和警示燈燈，在一一定的范范圍內(nèi)，避障裝裝置使AGV減速或者者停下，在障礙礙解除后后，AGV能夠自主主的重新新的正常常行駛。5通信模塊塊相比于其其他通信信總線，CAN總線具有有突出的的可靠性性、實時時性和靈靈活性，可靠的的實時性性保證了了數(shù)據(jù)在在傳輸過過程中的的安全性性，防止止丟包的的可能性性。而本本課題中中主控電電路要求求實時對對磁采集集電路反反饋