AGV智能小車循跡系統(tǒng)的建模與仿真

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智能小車簡述12目錄簡述34數(shù)學建模Simulink建模與仿真控制系統(tǒng)設計AGV智能小車簡述AGV(AutomaticGuidedVehicle)智能小車又稱自動導引車，是一種在計算機監(jiān)控下，根據(jù)具體規(guī)劃和作業(yè)要求完成取貨、送貨、充電等任務的無人駕駛自動化車輛。AGV智能小車簡述AGV智能小車是一種以電池為動力，裝有電磁導引設備或光學導引設備，能夠自動沿著預定軌道行駛的自動化車輛。應用AGV小車具有以下優(yōu)勢：（1）可以減少撿取貨物、搬運貨物的勞動力，提高勞動效率。（2）搬運貨物時，小車自身不易與周邊加工設備發(fā)生碰撞，降低了生產(chǎn)事故的發(fā)生率。（3）能夠與機器人、堆垛機等自動化設備完美配合作業(yè)，且能夠實現(xiàn)對貨物的實時跟蹤，大大減少貨物丟失的發(fā)生率。（4）耗電量小，無噪聲污染。數(shù)學建模王嘉津問題該系統(tǒng)的輸入和輸出是什么？系統(tǒng)建模的思路？如何建立運動學模型？如何建立電機驅動模型？如何整合模型？1輸入和輸出是什么？

針對對系統(tǒng)的哪一部分建模？1該系統(tǒng)的輸入和輸出是什么？仿真的目的：找到合適的控制器，使小車及時修正偏差，達到較好的循跡性能。那么只需要觀測小車運行中偏差量變化的狀態(tài)，便可評估控制器的優(yōu)劣。因此輸出量應選擇為能反映小車偏離軌道程度的變量。輸出量：當小車修正偏差進行轉彎時，是通過后輪（驅動輪）的轉速差實現(xiàn)的，決定后輪轉速的是電機的電樞電壓。輸入量：電樞電壓建模的實質：反映輸入電壓與之間的關系。2系統(tǒng)建模的思路？

機電一體化產(chǎn)品的組成：機械本體，傳感器，控制系統(tǒng)，驅動器。此次建模分為兩部分：建立運動學模型和建立電機驅動模型。電機驅動模型要得到的是輸入電壓與速度（轉速）之間的關系。運動學模型要得到的是速度與（位移）之間的關系。最后將兩個模型整合形成最終的數(shù)學模型。3如何何建建立立運運動動學學模模型型？？目標標：：尋尋找找與與速速度度之之間間的的關關系系。。在分分析析小小車車處處于于轉轉彎彎狀狀態(tài)態(tài)時時的的速速度度時時不不能能將將小小車車當當做做質質點點，，那那么么應應該該研研究究哪哪一一點點的的速速度度？？位移移=速度度*時間間，，但但M點的的速速度度并并不不好好直直接接表表示示，，因因此此考考慮慮用用位位移移之之間間的的數(shù)數(shù)量量關關系系來來表表示示。。目標標：：需需要要尋尋找找、、與與速速度度之之間間的的關關系系。。、均均與與O點速速度度相相關關，，且且與與電電機機直直接接控控制制的的速速度度、、相相關關。。3如何何建建立立運運動動學學模模型型？？由于于很很小小，，則則于是是最最終終運運動動學學模模型型如如下下：：4如何何建建立立電電機機驅驅動動模模型型？？目標標：：尋尋找找輸輸入入電電壓壓與與車車輪輪速速度度（（））之之間間的的關關系系。。直流流電電機機動動態(tài)態(tài)過過程程的的微微分分方方程程如如下下：：此時時忽忽略略車車體體質質量量、、摩摩擦擦阻阻力力對對車車速速的的影影響響，，則則電電機機的的理理想想空空載載轉轉速速=車輪輪轉轉速速。。理想想空空載載表表示示負負載載轉轉矩矩為為零零。。則則：：對于于直直流流伺伺服服電電機機，，最終終的的電電機機驅驅動動模模型型如如下下5如何何整整合合模模型型？？經(jīng)過過問問題題3和4的解解答答，，分分別別得得到到了了運運動動學學模模型型和和電電機機驅驅動動模模型型，，但但由由于于中中間間變變量量速速度度沒沒有有統(tǒng)統(tǒng)一一，，仍仍不不能能直直接接將將其其組組合合在在一一起起。。為了了簡簡化化推推導導過過程程，，以以勻勻速速直直線線運運動動為為例例。。在在沒沒有有外外部部擾擾動動的的情情況況下下，，左左右右電電機機的的給給定定信信號號相相等等，，即，，在在此此作作用用下下小小車車產(chǎn)產(chǎn)生生速速度度可可視視為為常常數(shù)數(shù)。。當當外外部部擾擾動動使使小小車車偏偏離離預預定定路路徑徑時時，，給給定定信信號號將將分分別別加加減減一一個個糾糾偏偏控控制制量量，，即相應應的的電電機機輸輸出出速速度度為為：：此模型是一一個非線性性系統(tǒng)，但但由于小車車是在確定定路線上運運行的，它它的糾偏過過程可視為為在給定信信號基礎上上增加一個個微小的控控制量，因因而這樣一一個非線性性化系統(tǒng)就就可以采用用小偏差線線性化的方方法將其轉轉化為線性性系統(tǒng)。于于是有5如何整合模模型？此時得到最最終數(shù)學模模型如下：：如何得到？？SIMULINK建模與仿真真周博文1.狀態(tài)傳遞函函數(shù)根據(jù)前面同同學建立的的系統(tǒng)模型型整理，可可以得出系系統(tǒng)狀態(tài)矩矩微分方程程。選擇狀態(tài)變變量x1=△v，x2=θ，x3=Edm，并令輸入入u=△U，輸出y=Edm?？梢缘玫降较到y(tǒng)的狀狀態(tài)矩陣如如下2.系統(tǒng)可控性性分析將小車與電電機的相關關參數(shù)代入方程得得：rank[B,AB,A2B]=3說明系統(tǒng)可可控3.狀態(tài)反饋控控制器設計計狀態(tài)反饋u=v-Kx，K=[k1,k2,k3]自動引導小小車的控制制規(guī)律可以以表示為：：△U=v-(k1△v+k2θθ+k3Edm)狀態(tài)反饋矩矩陣K的引入，并并不增加系系統(tǒng)的維數(shù)數(shù)，但是可可以通過K的自由選取取改變閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)的特特征值，從從而使系統(tǒng)統(tǒng)獲得所要要求得性能能。設計狀態(tài)反反饋陣時，，要使系統(tǒng)統(tǒng)的極點設設計成具有有兩個主導導極點，一個非主導極點點，這樣就就可以用二二階系統(tǒng)的的分析方法法進行參數(shù)數(shù)的確定。。我們要求最大超調(diào)量量小于等于于4.3%，調(diào)節(jié)時時間為4S?？梢郧蟪鱿迪到y(tǒng)阻尼ξξ=0.707，Wn=1.06則極點公式式得到兩個共共軛極點為為3.狀態(tài)反饋控控制器設計計在MATLAB的控控制系統(tǒng)工工具箱中提提供了單變變量系統(tǒng)極極點配置acker(),其其格式為K=acker(A,B,p)程序如下：：A=[-0.100;10/300;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)運行結結果如下：：4.Simulink建模根據(jù)數(shù)學建建模和設計計的狀態(tài)反反饋控制器器建立如下下Simulink模型5.Simulink仿真當小車偏離離運行軌跡跡時，現(xiàn)有有的系統(tǒng)可可以根據(jù)傳傳感器測出出偏差，接接著偏差信信號輸入控控制器，通通過控制器器輸出控制制電壓修正正運行軌跡跡。通過仿仿真曲線，，得到該系系統(tǒng)對直線線路徑具有有較好的跟跟蹤控制性性能。AGV小車控制系系統(tǒng)設計鄒星星4.1AGV模擬小車控控制總體框框圖STM32主控板LCD觸摸屏地標傳感器器控制按鍵無線WiFi磁導航傳感感器組警示燈電機控制模模塊LCD觸摸屏STM32磁采集控制制板4.2主控制器模擬車控制制器采用STM32來實現(xiàn)，主主要任務是是對小車進進行總體控控制，主要要功能：接接受上位機機的命令、、任務；向向上位機報報告小車的的實時狀態(tài)態(tài)（包括小小車目前的的所處位置置，運行速速度、方向向、故障狀狀態(tài)等）；；根據(jù)設定定的路線，，自主的巡巡航和速度度控制。4.2磁導航傳感感器組磁導航傳感感器組利用用平均排布布的8個采樣點，，磁采集傳傳感器組示示意圖如所所示。磁傳傳感器組能能夠檢測出出磁條上方方100Gauss左右的微弱弱磁場，每每個采樣點點連接一個個傳感器，，一共有8路信號輸出出。因為兩兩個傳感器器之間的距距離是20mm，磁條的寬寬度是50mm，因此AGV在運行時，，磁導航傳傳感器組會會有連續(xù)的的2～3路輸出采樣樣值。通過過連續(xù)輸出出的2～3路信號的傳傳感器編號號，可以計計算出磁條條相對于AGV車體中線的的位置偏差差，AGV會自動作出出調(diào)整，確確保AGV跟蹤磁條前前行。20mm4.障礙檢測AGV模擬小車在在工作時，，會時刻遇遇見突發(fā)狀狀況，比如如道路上的的障礙物以以及走動的的人。為了了保證AGV在行駛過程程，自身車車體結構的的安全性以以及工作環(huán)環(huán)境中人和和貨物的安安全，在AGV車體前后分分別裝置了了避障檢查查裝簧和警警示燈，在在一定的范范圍內(nèi)，避避障裝置使使AGV減速或者停停下，在障障礙解除后后，AGV能夠自主的的重新的正正常行駛。。5通信模塊相比于其他他通信總線線，CAN總線具有突突出的可靠靠性、實時時性和靈活活性，可靠靠的實時性性保證了數(shù)數(shù)據(jù)在傳輸輸過程中的的安全性，，防止丟包包的可能性性。而本課課題中主控控電路要求求實