CN109279543A - 一种叉车式agv磁导轨跟踪控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统及方法。控制系统包含磁导轨感知子系统、速度和角度检测子系统、舵轮控制子系统和跟踪控制子系统。控制方法的基本步骤是跟踪控制子系统从磁导轨感知子系统获取传感器信息，确定车身姿态与相对位置，并结合从速度和角度检测子系统中获取的舵轮旋转角速度和方向角度，确定叉车式AGV当前运行状态，根据运行状态使用不同模式跟踪磁导轨。该系统及方法能够在只依赖单一磁导轨传感器检测的情况下，进行车身定位与运行状态识别，并自动调整叉车式AGV舵轮旋转角速度和舵轮方向角度，一体化实现对叉车式AGV车速的平滑控制以及对直线、曲线磁导轨的稳定跟踪。

Description

一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统及方法

技术领域

本发明涉及智能物流和AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)运动控制领域，具体涉及一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统及方法。

背景技术

在现代大型工业生产及物流仓储中，物流叉车式AGV是必不可少的运载工具，它承担着仓库与仓库间或仓库内部物料运输与搬运任务。叉车式AGV在无人操作的状态下运行，通常需要具备一定程度的路径跟踪与导引功能。这其中最为安全可靠的方案是使用磁导轨进行引导。由于现场的具体场景各异，叉车式AGV运动规划需求各不相同，这会导致磁导轨敷设路径通常较为复杂，有的路段甚至会出现转弯与直线相交叠、连续转弯的复杂路径，这些情况为AGV在保持较快运行速度情况下平稳安全通过转弯点提出了更高要求。

应用于物流场合的叉车式AGV因为要叉取托盘，在车前或车后安装有插齿、支架等结构(参考附图1)，增加了转弯半径，也有别于传统AGV的乘载结构。物流叉车式AGV出于节省空间和便于转向的考虑，相较于AGV的差速轮系结构，基于三轮行走机构的叉车式AGV的设计更具优势，即在底盘上，叉车式AGV三个车轮(一个舵轮，两个辅助轮，参考附图2)分别布置在等腰三角形的三个顶点上。舵轮既能旋转提供前进动力，又能绕车轮垂直地面中线转动，提供左右转向动力。其他两个辅助轮无动力，起支撑作用(参考附图3)。基于三轮行走机构的叉车式AGV在运动控制策略上与基于差速轮设计的AGV有着本质不同，差速轮机构依靠左右两侧轮的线速度之差实现AGV的左右转向，而叉车式AGV的运动转向需要融合两个维度的车轮状态信息：舵轮旋转角速度、舵轮方向角度，进而协同设计磁导轨跟踪控制策略。三轮行走机构的叉车式AGV在转弯半径方面具有明显优势，更适用于仓储物流空间稀缺的应用场合。

中国专利CN103935935A，“万向型驱动叉车AGV”，其AGV为万向轮结构且并未讨论自动跟踪控制的策略与方式。中国专利CN104597905A，“磁导航AGV的路径跟踪方法”，通过综合横向、纵向两个传感器的数据判断AGV的姿态，产业化成本较高，另外跟踪时并未考虑到弯道的情况且跟踪状态区分复杂，不实用。中国专利CN106671906B，“AGV叉车的控制方法、控制装置及AGV叉车”，采用激光雷达的定位导航方式，其计算生成的运动轨迹具有一定的不确定性，即叉车直线或曲线运动形式不能确定，由于仓储货物摆放环境的非结构化，该方式实用性差且成本较高。中国专利CN104317289B，“一种新型叉车型AGV小车”，融合使用了激光、惯性、磁导轨等多种导航方式。这类融合方法通常存在算法实时性较差、制造成本高、稳定性不足、安装调试复杂等问题。

需要指出的是，现有AGV磁导航跟踪方法大都基于差速轮系机构、多传感器融合、磁导轨直线跟踪与曲线跟踪分开处理，因此需要一种针对三轮行走机构的磁导轨跟踪控制系统和方法，能够在只依赖单一磁导轨传感器的情况下，一体化实现叉车式AGV对直线、曲线磁导轨的稳定跟踪。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统及方法。针对物流领域三轮行走机构叉车式AGV，能够实时跟踪直线与弯曲磁导轨，自动调整叉车式AGV舵轮旋转角速度和舵轮方向角度，实现AGV车速控制与稳定的磁导轨跟踪，提高AGV的工作效率，降低运营成本。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统，包含磁导轨感知子系统、速度和角度检测子系统、舵轮控制子系统和跟踪控制子系统；所述磁导轨感知子系统一般安装于车体底部接近于车体中轴线的区域，用于检测磁导轨的相对位置信息；所述速度和角度检测子系统、舵轮控制子系统和跟踪控制子系统安装于系统车体内；速度和角度检测子系统主要用于检测当前舵轮旋转角速度和舵轮方向角度，舵轮控制子系统主要根据接收的跟踪控制信号驱动叉车式AGV的舵轮运动，跟踪控制子系统主要根据叉车式AGV磁导轨的跟踪状态计算出舵轮下一步需要的参考控制量输出信号，包括：舵轮旋转角速度和舵轮方向角度两个参考控制量；四个子系统通过CAN总线进行通信连接。

一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制方法，基于上述的叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统，包括如下步骤：

步骤1，系统运行参数配置：根据物流领域叉车式AGV的作业环境设定AGV系统的运行参数；

步骤2，车身定位与运行状态识别：跟踪控制子系统从磁导轨感知子系统获取传感器信息，确定车身姿态与相对位置，并结合从速度和角度检测子系统中获取的舵轮旋转角速度和方向角度，确定叉车式AGV当前运行状态，包括初始启动、磁导轨正常跟踪、脱轨报警三种状态；如果处于初始启动状态，进入步骤3；如果处于磁导轨正常跟踪状态，进入步骤4；如果处于脱轨报警状态，进入步骤5；

步骤3，初始启动处理：在AGV系统的初始启动状态，将一个恒定且较低的舵轮旋转角速度施加给AGV舵轮，同时根据检测的磁导轨相对位置信息，控制舵轮方向角度；在初始启动状态稳定运行一段时间后，跳转到步骤2，再次预测运行状态并进入后续步骤；

步骤4，磁导轨正常跟踪处理：对AGV叉车的控制分为两个维度：AGV舵轮旋转角速度控制和AGV舵轮方向角度控制；

步骤5，脱轨报警处理：立刻降低舵轮旋转角速度，同时根据磁导轨信息丢失前的磁导轨位置预测当前叉车位置，小幅调整舵轮方向角度，以尝试找回磁导轨位置，若设定时间内未找回磁导轨，则将舵轮旋转角速度降为0，并声光报警。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明对AGV车身与磁导轨相对位姿的确定只依赖于一套横向安装的多点式磁导轨传感器(与车身正常运动方向垂直)，通过提出磁导轨传感器特征参数(包括：中心稳定位置区间、中心位置坐标、平均位置坐标)，采用设计的车身位姿预测方法实现了一维传感器数据对车身位置、车身姿态两维信息的预测，实时性高。本发明的路径跟踪方法专门为三轮行走机构设计，通过对舵轮旋转角速度和舵轮方向角度的控制，实现了对直线和弯道磁导轨的一体化跟踪，实用性强。本发明提出的参考控制量线性牵引方法，可将舵轮旋转角速度与舵轮方向角度的期望值转换成随时间线性变化的参考控制量，减少了原始的阶跃输出值对跟踪轨迹带来的超调，降低了磁导轨跟踪过程的振荡，实现了对磁导轨的稳定跟踪。

附图说明

图1是叉车式AGV三维结构示意图；

图2是叉车式AGV仰视图；

图3是叉车式AGV舵轮运动原理示意图；

图4是叉车式AGV磁导轨跟踪系统结构图；

图5是磁导轨传感器中心稳定位置区间实例图；

图6是磁导轨传感器中心位置坐标实例图；

图7是磁导轨传感器中心位置坐标实例图；

图8是磁导轨正常跟踪车身位姿预测图；

图9是叉车式AGV磁导轨跟踪控制流程图；

图10是舵轮旋转角速度控制参量计算实例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细说明。

如图4所示，一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统，包含磁导轨感知子系统1.1、速度和角度检测子系统1.2、舵轮控制子系统1.3和跟踪控制子系统1.4；所述磁导轨感知子系统1.1一般安装于车体底部接近于车体中轴线的区域，用于检测磁导轨的相对位置信息；所述速度和角度检测子系统1.2、舵轮控制子系统1.3和跟踪控制子系统1.4安装于系统车体内；速度和角度检测子系统1.2主要用于检测当前舵轮旋转角速度和舵轮方向角度，舵轮控制子系统1.3主要根据接收的跟踪控制信号驱动叉车式AGV的舵轮运动，跟踪控制子系统1.4主要根据叉车式AGV磁导轨的跟踪状态计算出舵轮下一步需要的参考控制量输出信号，包括：舵轮旋转角速度和舵轮方向角度两个参考控制量；四个子系统通过CAN总线进行通信连接。

所述磁导轨感知子系统1.1主要包括多点式磁导轨传感模块1.5，用于时检测磁导轨与车身的相对位置信息；所述速度和角度检测子系统1.2包括舵轮旋转角速度传感模块1.6(例如舵轮转动测速码盘)和舵轮方向角度传感模块1.7(例如舵轮方向角度码盘)，分别实时测量当前舵轮前向旋转的角速度与舵轮的方向角度，为控制车辆跟踪磁导轨提供运行状态数据；所述舵轮控制子系统1.3主要包括舵轮运动控制与驱动模块1.8，用于接收并执行跟踪控制子系统1.4发出的舵轮参考控制量信息，驱动舵轮运动；所述跟踪控制子系统1.4包括车身位姿预测模块1.9、车辆状态预测模块1.10、舵轮旋转与方向角协同控制模块1.11、参考控制量线性牵引模块1.12、脱轨报警模块1.13；车身位姿预测模块1.9通过从磁导轨感知子系统1.1获取传感器信息，确定车身姿态与相对位置；车辆状态预测模块1.10结合车身姿态，从速度和角度检测子系统1.2获取舵轮旋转角速度和方向角度，进而确定AGV当前运行状态；舵轮旋转与方向角协同控制模块1.11旨在实现对目标磁导轨的有效跟踪，其在获取车身姿态、相对位置、运行状态的基础上，确定舵轮旋转角速度与方向角度的期望值；参考控制量线性牵引模块1.12旨在将已计算出来的舵轮旋转角速度与方向角度的期望值转换成随时间线性变化的参考控制量，减少阶跃输出值对跟踪轨迹带来的超调，实现对磁导轨的稳定跟踪；脱轨报警模块1.13在AGV发生跟踪故障或危险的情况下，进行异常报警，并生成有效控制信号。

跟踪控制系统涉及的相关定义与方法说明如下：

1)磁导轨传感器特征参数

中心稳定位置区间：为防止叉车式AGV跟踪磁导轨时左右振荡，车身方向稳定的判定采用设定磁导轨传感器中心稳定位置区间p_cen＝[p_{cen_L},p_{cen_R}]的方式实现。针对16点磁导轨传感器，默认设定p_{cen_L}＝-2，p_{cen_R}＝2，中心稳定位置区间为p_cen＝[-2,2]，如图5所示。

中心位置坐标：叉车式AGV安装的16点磁导轨传感器感测到的中心位置坐标定义如图6和图7所示，16个点依据顺序进行坐标编号(-8～8)，图6中感测到的中心位置坐标为p_cur＝1.5，图7中感测到的中心位置坐标为p_cur＝-4.5。此坐标定义与所选磁导轨传感器点数有关，无单位，数值表示磁导轨被传感器感应到的位置。

平均位置坐标：保存当前时刻的前N个采样点所对应的中心位置坐标，通过计算其算术平均值，得到平均位置坐标默认值依经验设定为N＝5，以满足1秒钟至少采样5次的基本要求。

2)车身位姿预测方法

车身位姿预测方法旨在基于AGV安装的一个一维多点磁导轨传感器所感测的信息，预测车身相对于磁导轨的相对位姿偏移，可采用车身方向向量与磁导轨前向的夹角α表示，如图7所示。预测方法主要分成正常磁导轨跟踪、脱轨报警两大类。如图8所示，磁导轨正常跟踪状态，车身位姿存在5种情况：

情况1：p_{cen_R}＜p_cum＜p_cur＜p_max。此种情况表示车身位姿角α＞0，车头相对于磁导轨存在向左偏移趋势，需调整舵轮方向角度θ向右转动(相对于车身中线)；

情况2：p_{cen_R}＜p_cur＜p_cum＜p_max。此种情况表示车身位姿角α＜0，车头相对于磁导轨存在向右偏移趋势，需调整舵轮方向角度θ向左转动(相对于车身中线)；

情况3：p_min＜p_cur＜p_cum＜p_{cen_L}。此种情况表示车身位姿角α＜0，车头相对于磁导轨存在向右偏移趋势，需调整舵轮方向角度θ向左转动(相对于车身中线)；

情况4：p_min＜p_cum＜p_cur＜p_{cen_L}。此种情况表示车身位姿角α＞0，车头相对于磁导轨存在向左偏移趋势，需调整舵轮方向角度θ向右转动(相对于车身中线)；

情况5：p_cum∈p_cen，p_cur∈p_cen。此种情况表示车身与磁导轨的相对位姿稳定，表示车身方向与磁导轨方向一致，不需调节舵轮的方向角度θ。

脱轨报警状态，车身位姿存在2种情况：

情况6：p_cur，此种情况表示车身安装的磁导轨传感器没有检测到磁导轨，车身已脱轨。

情况7：p_cur,p_cum∈[p_min,p_max],p_cum·p_cur＜0。此种情况表示p_cum与p_cur分别位于传感器中心的左右两边，车身姿态异常，有脱轨风险。

3)参考控制量线性牵引方法

该方法是参考控制量线性牵引模块的实现，旨在将舵轮旋转与方向角协同控制模块中计算出来的舵轮旋转角速度期望值ω_dis、舵轮方向角度期望值θ_dis(期望值desiredvalue)转换成随时间线性变化的参考控制量ω_ref(t)、θ_ref(t)。本步骤中涉及的相关方法描述如下：

(1)舵轮旋转角速度参考控制量计算

如果ω_dis＞ω_cur的角速度增加情况，方法采用如下公式描述：

其中，ω_ref(t)表示随时间变化的舵轮旋转角速度参考控制量，ω_cur(t)表示当前角速度值，ω_dis表示角速度的期望值，Δω表示角速度的“牵引”增量，为正值参量，其值的大小体现系统的响应速度，需考虑叉车的重量、惯性、响应需求等因素选取，δ表示ω_dis波动幅度，为正值常数，设计目的是减小被控量的超调，调整控制系统的灵敏度。

如果ω_dis＜ω_cur的速度降低情况，上述公式表述为：

(2)舵轮方向角度参考控制量计算

如果θ_dis＞θ_cur的舵轮方向角度增加的情况，方法采用如下公式描述：

其中，θ_ref(t)表示随时间变化的舵轮方向角度参考控制量，θ_cur(t)表示舵轮当前方向角度值，θ_dis表示方向角度的期望值，Δθ表示方向角度的“牵引”增量，为正值参量，其值的大小体现系统的响应速度，δ表示θ_dis波动幅度，为正值常数，设计目的是减小方向角度超调，调整控制系统灵敏度。

如果θ_dis＜θ_cur的舵轮方向角度减小的情况，上述公式表述为：

如图9所示，一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制方法，基于上述的叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统，包括如下步骤：

步骤1：系统运行参数配置。根据叉车式AGV行驶和作业环境的要求以及工厂安全行驶的规范和AGV磁导轨跟踪运动特性参数，设定叉车式AGV启动时间T_start、可安全运行的最大允许行驶速度V_ref、舵轮角度控制灵敏系数和脱轨最大恢复时间。

步骤2：车身定位与运行状态识别。跟踪控制子系统1.4根据AGV运行时间、车身与磁导轨的相对位姿、舵轮旋转角速度与方向角度，结合车身位姿预测方法，进行AGV状态判断与预测，将其运行状态分为：初始启动、磁导轨正常跟踪、脱轨报警三种状态。

(1)当AGV运行时间小于设定的启动时间T_start时，AGV处于初始启动状态，进入步骤3。初始启动状态依据叉车式AGV的运行时间判定，考虑到延长舵轮电机寿命和叉车的惯性，结合参考控制量线性牵引方法，为其设计合理的初始启动过程。

(2)采用车身位姿预测方法，进行叉车式AGV车身位姿的确定。如满足情况1～情况5(如图8所示)，AGV处于磁导轨正常跟踪状态，进入步骤4。如满足情况6～情况7，AGV处于脱轨报警状态，进入步骤5。

步骤3：初始启动处理。设定AGV启动时舵轮旋转角速度期望值ω_dis、舵轮方向角度期望值θ_dis，考虑到叉车式AGV的质量、惯性较大，采用参考控制量线性牵引方法，将两个期望值转换成随时间线性变化的参考控制量ω_ref(t)、θ_ref(t)，并将其发送至舵轮控制子系统1.3，以驱动舵轮稳定运动。在初始启动状态稳定运行T_start时间后，系统工作流程从步骤3跳转至步骤2。

参数说明：启动默认值θ_dis＝0rad，ω_dis＝V_dis/R，其中启动默认值V_dis＝1m/s，为AGV期望的稳定运行参考线速度，R为舵轮的半径，T_start默认值依经验设定为3s。

步骤4：磁导轨正常跟踪处理。叉车式AGV系统的控制量是：舵轮方向角度控制4a和舵轮旋转角速度控制4b，其协同控制方法如下：

步骤4a：舵轮方向角度控制。采用车身位姿预测方法，如图8所示，

当AGV运行状态满足情况1和情况4，表示车身位姿角α＞0，车头相对于磁导轨存在向左偏移趋势，调整舵轮方向角度θ向右转向Δθ。

当AGV运行状态满足情况2和情况3，表示车身位姿角α＜0，车头相对于磁导轨存在向右偏移趋势，调整舵轮方向角度θ向左转向Δθ。

当AGV运行状态满足情况5，表示车身与磁导轨的相对位姿稳定，保持当前舵轮的方向角度θ不变。

Δθ参数值的计算方法：通过实时比较当前N个采样点的平均位置坐标与中心稳定位置区间p_cen的偏差的绝对值最小值Δp＝min(|p_cum-p_cen|)来确定，计算公式Δθ＝K_θ·Δp，其中K_θ表示比例因子，采用试错法选择。设定舵轮方向角度左右偏转范围为θ∈[-60°,60°]，所以Δθ的上下边界为区间[0°,60°]。最后，采用参考控制量线性牵引方法，将Δθ转换成随时间线性变化的参考控制量θ_ref(t)，并将其发送至舵轮控制子系统1.3。

步骤4b：舵轮旋转角速度控制。通过控制舵轮旋转角速度ω_dis，实现对AGV运行速度的控制V_dis＝ω_dis·R，其中R为舵轮半径。由于仓储货物搬运和磁导轨跟踪的特殊性，叉车式AGV的正常行驶速度应尽量保持稳定。

(1)依据仓储环境、磁导轨布局、AGV自重等因素，实验确定3个等级的舵轮旋转角速度期望值，分别为：低速运行角速度ω_{dis_L}，中速运行角速度ω_{dis_M}，高速运行角速度ω_{dis_H}。

(2)从预测的磁导轨正常跟踪状态5种情况中，如图8，确定AGV当前运行所处的状态情况。如果AGV处于情况5，选择高速运行角速度期望值ω_{dis_H}，采用参考控制量线性牵引方法，将ω_{dis_H}转换成参考控制量ω_ref(t)，并将其发送至舵轮控制子系统1.3。

(3)如果AGV处于情况1～情况4，比较当前检测的中心位置坐标p_cur与前N个采样平均位置坐标p_cum的偏差的绝对值(Δp＝|p_cur-p_cum|)。如果Δp≤N_cut(其中N_cut表示位置偏差格数分界点)，选择中速运行角速度ω_{dis_M}，并采用参考控制量线性牵引方法，将ω_{dis_M}转换成参考控制量ω_ref(t)，并发送至舵轮控制子系统1.3；如果Δp＞N_cut，选择低速运行角速度ω_{dis_L}，并采用参考控制量线性牵引方法，将ω_{dis_L}转换成参考控制量ω_ref(t)，并发送至舵轮控制子系统1.3。

相关说明：以AGV运行状态处于情况4为例说明，如图10所示，针对16点磁导轨传感器，其检测位置在中心稳定位置区间左侧波动，位置偏差格数分界点的默认值依经验设定为N_cut＝3。此步骤可实现对直线磁导轨、曲线磁导轨的一体化跟踪，不需要分两种情况单独处理。

步骤5：脱轨报警处理。首先将AGV舵轮旋转角速度的期望值降低至AGV最小运行角速度ω_{dis_min}，然后调整舵轮方向角度尝试找回磁导轨信息，根据脱轨前一时刻存储的磁导轨平均位置坐标p_cum确定舵轮方向角度的左右转向：如果p_cum≤0，以试验经验选取θ_dis＝-60°(舵轮方向角度向左)，并将其转换成参考控制量θ_ref(t)，然后发送至舵轮控制子系统1.3；如果p_cum＞0，以试验经验选取θ_dis＝60°(舵轮方向角度向右)，将其转换成参考控制量θ_ref(t)，然后发送至舵轮控制子系统1.3。若尝试找回时间持续T_rec秒仍未检测到磁导轨信息(时间T_rec小于脱轨最大调整时间，具体值可根据脱轨时车速计算)，则AGV舵轮旋转角速度立刻降为ω_{dis_min}＝0，并声光报警。

Claims (7)

1.一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统，其特征在于，包含磁导轨感知子系统(1.1)、速度和角度检测子系统(1.2)、舵轮控制子系统(1.3)和跟踪控制子系统(1.4)；所述磁导轨感知子系统(1.1)一般安装于车体底部接近于车体中轴线的区域，用于检测磁导轨的相对位置信息；所述速度和角度检测子系统(1.2)、舵轮控制子系统(1.3)和跟踪控制子系统(1.4)安装于系统车体内；速度和角度检测子系统(1.2)主要用于检测当前舵轮旋转角速度和舵轮方向角度，舵轮控制子系统(1.3)主要根据接收的跟踪控制信号驱动叉车式AGV的舵轮运动，跟踪控制子系统(1.4)主要根据叉车式AGV磁导轨的跟踪状态计算出舵轮下一步需要的参考控制量输出信号，包括：舵轮旋转角速度和舵轮方向角度两个参考控制量；四个子系统通过CAN总线进行通信连接。

2.根据权利要求1所述的叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统，其特征在于，所述磁导轨感知子系统(1.1)主要包括多点式磁导轨传感模块(1.5)，用于时检测磁导轨与车身的相对位置信息；所述速度和角度检测子系统(1.2)包括舵轮旋转角速度传感模块(1.6)和舵轮方向角度传感模块(1.7)，分别实时测量当前舵轮前向旋转的角速度与舵轮的方向角度，为控制车辆跟踪磁导轨提供运行状态数据；所述舵轮控制子系统(1.3)主要包括舵轮运动控制与驱动模块(1.8)，用于接收并执行跟踪控制子系统(1.4)发出的舵轮参考控制量信息，驱动舵轮运动；所述跟踪控制子系统(1.4)包括车身位姿预测模块(1.9)、车辆状态预测模块(1.10)、舵轮旋转与方向角协同控制模块(1.11)、参考控制量线性牵引模块(1.12)、脱轨报警模块(1.13)；车身位姿预测模块(1.9)通过从磁导轨感知子系统(1.1)获取传感器信息，确定车身姿态与相对位置；车辆状态预测模块(1.10)结合车身姿态，从速度和角度检测子系统(1.2)获取舵轮旋转角速度和方向角度，进而确定AGV当前运行状态；舵轮旋转与方向角协同控制模块(1.11)旨在实现对目标磁导轨的有效跟踪，其在获取车身姿态、相对位置、运行状态的基础上，确定舵轮旋转角速度与方向角度的期望值；参考控制量线性牵引模块(1.12)旨在将已计算出来的舵轮旋转角速度与方向角度的期望值转换成随时间线性变化的参考控制量，减少阶跃输出值对跟踪轨迹带来的超调，实现对磁导轨的稳定跟踪；脱轨报警模块(1.13)在AGV发生跟踪故障或危险的情况下，进行异常报警，并生成有效控制信号。

3.一种叉车式AGV磁导轨跟踪控制方法，基于如权利要求1或2所述的叉车式AGV磁导轨跟踪控制系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，系统运行参数配置：根据物流领域叉车式AGV的作业环境设定AGV系统的运行参数；

步骤2，车身定位与运行状态识别：跟踪控制子系统(1.4)从磁导轨感知子系统(1.1)获取传感器信息，确定车身姿态与相对位置，并结合从速度和角度检测子系统(1.2)中获取的舵轮旋转角速度和方向角度，确定叉车式AGV当前运行状态，包括初始启动、磁导轨正常跟踪、脱轨报警三种状态；如果处于初始启动状态，进入步骤3；如果处于磁导轨正常跟踪状态，进入步骤4；如果处于脱轨报警状态，进入步骤5；

步骤3，初始启动处理：在AGV系统的初始启动状态，将一个恒定且较低的舵轮旋转角速度施加给AGV舵轮，同时根据检测的磁导轨相对位置信息，控制舵轮方向角度；在初始启动状态稳定运行一段时间后，跳转到步骤2，再次预测运行状态并进入后续步骤；

步骤4，磁导轨正常跟踪处理：对AGV叉车的控制分为两个维度：AGV舵轮旋转角速度控制和AGV舵轮方向角度控制；

步骤5，脱轨报警处理：立刻降低舵轮旋转角速度，同时根据磁导轨信息丢失前的磁导轨位置预测当前叉车位置，小幅调整舵轮方向角度，以尝试找回磁导轨位置，若设定时间内未找回磁导轨，则将舵轮旋转角速度降为0，并声光报警。

4.根据权利要求3所述的叉车式AGV磁导轨跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤1的系统运行参数配置，包括叉车式AGV启动时间T_start、安全运行的最大允许行驶速度V_ref、舵轮角度控制灵敏系数和脱轨最大恢复时间，根据应用场景灵活配置参数。

5.根据权利要求3所述的叉车式AGV磁导轨跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤3的初始启动处理，采用参考控制量线性牵引方法，将两个期望值转换成随时间线性变化的参考控制量ω_ref(t)、θ_ref(t)，并将其发送至舵轮控制子系统(1.3)，以驱动舵轮稳定运动。

6.根据权利要求3所述的叉车式AGV磁导轨跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤4的舵轮方向角度控制，舵轮方向角度偏移角Δθ参数值的计算方法：通过实时比较当前N个采样点的平均位置坐标与中心稳定位置区间p_cen的偏差的绝对值最小值Δp＝min(|p_cum-p_cen|)来确定，计算公式Δθ＝K_θ·Δp，其中K_θ表示比例因子，采用试错法选择；设定舵轮方向角度左右偏转范围为θ∈[-60°,60°]，所以Δθ的上下边界为区间[0°,60°]。

7.根据权利要求3所述的叉车式AGV磁导轨跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤5的脱轨报警处理，根据脱轨前一时刻存储的磁导轨平均位置坐标p_cum确定舵轮方向角度的左右转向：如果p_cum≤0，以试验经验选取θ_dis＝-60°，即舵轮方向角度向左，并将其转换成参考控制量θ_ref(t)，然后发送至舵轮控制子系统(1.3)；如果p_cum＞0，以试验经验选取θ_dis＝60°，即舵轮方向角度向右，将其转换成参考控制量θ_ref(t)，然后发送至舵轮控制子系统(1.3)。