CN108196545B - 采用自抗扰控制技术的agv磁导航控制方法 - Google Patents

Abstract

一种采用自抗扰控制技术的AGV磁导航控制方法，包括如下步骤：步骤1)通过分析，取AGV两后轮轴的中点为车体的参考中心，则用P＝[x y θ]^T表示它的一个位姿，路径规划算法根据采集的信息规划AGV自动导航小车运动信息并给出参考位姿为P_r＝[x_r y_r θ_r]^T；步骤2)设计扩张状态观测器，估计出AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动；步骤3)设计带有扩张状态观测器的AGV磁导航自抗扰控制器，实现AGV自动导航AGV自动导航小车磁导航的跟踪精度和跟踪。本发明提高导航定位精度，降低产品及其使用成本。

Description

采用自抗扰控制技术的AGV磁导航控制方法

技术领域

本发明涉及磁导航控制方法领域，涉及一种适合AGV的磁导航控制方法。

背景技术

AGV现在通用的导航方法有电磁引导、光条纹引导、磁带引导、惯性导航、超声定位引导、激光反射定位引导、激光扫描定位引导、视觉引导、RFID复合定位引导、GPS导航。在不同的工作环境中，需要使用不同的导航方法。目前，AGV常见的导航与定位方法为：磁带导航、RFID定位导航。磁带导航用在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线，通过磁感应信号实现导引，其灵活性比较好，改变或扩充路径较容易，磁带铺设简单易行，但此导引方式易受环路周围金属物质的干扰，磁带易受机械损伤，因此导引的可靠性受外界影响较大，一般在室内开辟不会受到机械损伤且无磁场干扰的的区域进行磁带引导。其中，传统的磁带导航采用PID、模糊控制等方法，虽然不需精确模型就可实现，但存在易受对象结构与参数变化影响，控制精度不高的问题。

发明内容

为了克服现有的AGV自动导航小车磁导航控制方法的定位精度较低、产品及其使用成本较高的不足，本发明提供一种采用自抗扰控制技术的AGV磁导航控制方法。应用磁带导航和RFID定位导航结合的方式，磁带导航使用自抗扰控制(ADRC)方法，提高导航定位精度，降低产品及其使用成本。

为实现上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：

一种采用自抗扰控制技术的AGV磁导航控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1)、通过分析，取AGV两后轮轴的中点为车体的参考中心，则可用P＝[x y θ]^T表示它的一个位姿，其中x、y、θ分别表示车体中心的全局坐标和车体方位角；路径规划算法根据采集的信息规划AGV自动导航小车运动信息并给出参考位姿为P_r＝[x_r y_r θ_r]^T；v表示车体的线速度控制量，w表示车体角速度量；

AGV的位姿P＝[x y θ]^T是关于t的一个微分方程，

分别表示位姿p的速度分量，则限速AGV运动的约束方程用式(1)、(2))描述：

AGV的运动学方程为：

式中，

是一个Jacobian矩阵；

步骤2)设计扩张状态观测器，估计出AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动；

步骤3)设计带有扩张状态观测器的AGV磁导航自抗扰控制器，实现AGV自动导航AGV自动导航小车磁导航的跟踪精度和跟踪。

进一步，所述步骤2)中，扩张状态观测器设计过程如下：

2.1)设计扩张状态观测器

用于估计AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动具有如下形式：

其中，e为AGV自动导航小车角度过渡过程跟踪值与实际角度值之差，即AGV自动导航小车角度误差量，

是对AGV自动导航小车角度θ的估计，

是对AGV自动导航小车角度微分的估计，Z_θ是对AGV自动导航小车角度通道总和扰动的估计；fal(e,0.05,δ)为非线性函数，如式(5)所示，δ、β₀₁、β₀₂、β₀₃为一组待整定的参数；

其中，a为幂指数，δ为线性段的区间长度，sign()为符号函数，表达式入式(6)所示：

2.2)对总和扰动引起的不确定性的估计

参照式(4)，所设计的扩张状态观测器可对AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动进行估计；采用扩张状态观测器可将AGV自动导航小车通道存在的总和扰动进行估计。

再进一步，所述步骤3)中，对AGV自动导航小车的总和扰动的补偿过程如下：

3.1)设计跟踪微分器是将路径规划算法得到的参考位姿x_r、y_r、θ_r，获得参考位姿的跟踪值

及其微分信号

同时获得实际位移的跟踪值

及其微分值

将跳变的位移信号平滑化，防止产生超调，式(7)给出跟踪微分器的具体形式：

其中，r为快速跟踪因子，x₀为跟踪输入信号，x₁为x₀的跟踪值，x₂为x₀的微分；

3.2)总和扰动引起的控制系统不确定性补偿和控制律设计，此过程得到六个误差量，即

经过线性组合可计算出控制量u₀,计算过程如式(8)所示：

在得到的控制量u₀中减去Z_θ/b₀得到新的控制量，补偿总和扰动引起的不确定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：导航与定位精度高，AGV自动导航小车具备多传感器的配置，实现磁带导航与RFID定位，磁带导航使用自抗扰控制(ADRC)方法，具有易调参，自适应强等优点，并显著提高其导航与定位精度。

附图说明

图1本发明的自抗扰控制器结构示意图。

图2本发明的AGV行驶过程的磁带布置路经与RFID标签位置。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

参照图1～图2，一种采用自抗扰控制技术的AGV磁导航控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1)、通过分析，取AGV两后轮轴的中点为车体的参考中心，则可用P＝[x y θ]^T表示它的一个位姿，其中x、y、θ分别表示车体中心的全局坐标和车体方位角；路径规划算法根据采集的信息规划AGV自动导航小车运动信息并给出参考位姿为P_r＝[x_r y_r θ_r]^T；v表示车体的线速度控制量，w表示车体角速度量；

AGV的位姿P＝[x y θ]^T是关于t的一个微分方程，

分别表示位姿p的速度分量，则限速AGV运动的约束方程用式(1)、(2))描述：

AGV的运动学方程为：

式中，

是一个Jacobian矩阵；

步骤2)设计扩张状态观测器，估计出AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动；

步骤3)设计带有扩张状态观测器的AGV磁导航自抗扰控制器，实现AGV自动导航AGV自动导航小车磁导航的跟踪精度和跟踪。

进一步，所述步骤2)中，扩张状态观测器设计过程如下：

2.1)设计扩张状态观测器

用于估计AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动具有如下形式：

其中，e为AGV自动导航小车角度过渡过程跟踪值与实际角度值之差，即AGV自动导航小车角度误差量，

是对AGV自动导航小车角度θ的估计，

是对AGV自动导航小车角度微分的估计，Z_θ是对AGV自动导航小车角度通道总和扰动的估计；fal(e,0.05,δ)为非线性函数，如式(5)所示，δ、β₀₁、β₀₂、β₀₃为一组待整定的参数；

其中，a为幂指数，δ为线性段的区间长度，sign()为符号函数，表达式入式(6)所示：

2.2)对总和扰动引起的不确定性的估计

参照式(4)，所设计的扩张状态观测器可对AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动进行估计；对AGV自动导航小车位可能快而无超调地跟踪上路径规划算法给出的参考位姿的关键是AGV自动导航小车角度进行准确的估计，采用扩张状态观测器可将AGV自动导航小车通道存在的总和扰动进行估计。

再进一步，所述步骤3)中，对AGV自动导航小车的总和扰动的补偿过程如下：

3.1)设计跟踪微分器是将路径规划算法得到的参考位姿x_r、y_r、θ_r，获得参考位姿的跟踪值

及其微分信号

同时获得实际位移的跟踪值

及其微分值

将跳变的位移信号平滑化，防止产生超调，式(7)给出跟踪微分器的具体形式：

其中，r为快速跟踪因子，x₀为跟踪输入信号，x₁为x₀的跟踪值，x₂为x₀的微分；

3.2)总和扰动引起的控制系统不确定性补偿和控制律设计，此过程得到六个误差量，即

经过线性组合可计算出控制量u₀,计算过程如式(8)所示：

在得到的控制量u₀中减去Z_θ/b₀得到新的控制量，补偿总和扰动引起的不确定性。

如图2所示，当车辆在直道的末端，将识别到RFID标签1，从而减速进入弯道；在回到直道后，识别RFID标签3进行加速；在分叉口，通过识别RFID标签2能够作出正确的左右选择分叉的决定；在回到主路前，通过识别RFID标签4和5，可以先检测其他路线是否有车辆，如果有则通过任务优先级进行决策；在接近停车位时，可以通过识别RFID标签6，进行减速，从而准确识别磁带标签进行精确定位。定位精度控制在10mm以内。在不同的设备前可以通过RFID标签定位开展不同的操作，如上料、下料。其中，AGV自动导航小车进行的一系列动作在自抗扰控制器作用下实现，AGV直道和弯道路径跟踪控制器参数是不同的,在实际运行中,通过控制系统进行参数切换。

上述实施例仅代表了本发明的一种实施方式，并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是在本领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干种变形设计，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种采用自抗扰控制技术的AGV磁导航控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1)、通过分析，取AGV两后轮轴的中点为车体的参考中心，则可用P＝[x y θ]^T表示它的一个位姿，其中x、y、θ分别表示车体中心的全局坐标和车体方位角；路径规划算法根据采集的信息规划AGV自动导航小车运动信息并给出参考位姿为P_r＝[x_r y_r θ_r]^T；v表示车体的线速度控制量，w表示车体角速度量；

AGV的位姿P＝[x y θ]^T是关于t的一个微分方程，

分别表示位姿p的速度分量，则限速AGV运动的约束方程用式(1)、(2)描述：

AGV的运动学方程为：

式中，

是一个Jacobian矩阵；

步骤2)设计扩张状态观测器，估计出AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动；

步骤3)设计带有扩张状态观测器的AGV磁导航自抗扰控制器，实现AGV磁导航的跟踪精度；

所述步骤2)中，扩张状态观测器设计过程包括：

2.1)设计扩张状态观测器

用于估计AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动具有如下形式：

其中，e为AGV自动导航小车角度过渡过程跟踪值与实际角度值之差，即AGV自动导航小车角度误差量，

是对AGV自动导航小车角度θ的估计，

是对AGV自动导航小车角度微分的估计，Z_θ是对AGV自动导航小车角度通道总和扰动的估计；fal(e,0.05,δ)为非线性函数，如式(5)所示，β₀₁、β₀₂、β₀₃为一组待整定的参数；

其中，a为幂指数，δ为线性段的区间长度，sign()为符号函数，表达式如 式(6)所示：

2.2)对总和扰动引起的不确定性的估计

参照式(4)，所设计的扩张状态观测器可对AGV自动导航小车的角度及其微分以及总和扰动进行估计；采用扩张状态观测器可将AGV自动导航小车通道存在的总和扰动进行估计；

所述步骤3)中，对AGV自动导航小车的总和扰动的补偿过程如下：

3.1)设计跟踪微分器是将路径规划算法得到的参考位姿x_r、y_r、θ_r，获得参考位姿的跟踪值

及其微分信号

同时获得实际位移的跟踪值

及其微分值

将跳变的位移信号平滑化，防止产生超调，式(7)给出跟踪微分器的具体形式：

其中，r为快速跟踪因子，x₀为跟踪输入信号，x₁为x₀的跟踪值，x₂为x₀的微分；

3.2)总和扰动引起的控制系统不确定性补偿和控制律设计，此过程得到六个误差量，即

经过线性组合可计算出控制量u₀，计算过程如式(8)所示：

在得到的控制量u₀中减去Z_θ/b₀得到新的控制量，补偿总和扰动引起的不确定性。

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