车式自动导航车轨迹跟踪控制方法研究

【摘要】：移动机器人是研发较早的一类机器人,已悄然在当前生产生活中得到了广泛的应用。自动导航车(Aut o mate d Guide d Vehic le,AGV),是一种融合了机械、电子、传感器、无线通信、人工智能等先进技术的一类轮式移动机器人。它兼具感知、规划和决策等功能,能够实现按照规定导引线路行驶,具有较强的抗干扰能力和目标识别能力,在制造加工业、自动化港口码头、医药卫生以及特殊行业有着独特的应用优势。在自动化码头装卸系统中,它是一种负责集装箱水平运输的全自动搬运工具,是实现堆场无人化作业的重要组成部分。考虑到码头作业中的人为因素、天气因素和人工成本,发展及开拓AGV应用技术有助于我们提高生产效率和降低意外风险。本文将围绕四轮车式自动导航车的这一对象的轨迹跟踪控制展开研究。首先,对车式自动导航车建立运动学模型和动力学模型,就反演法控制方法,介绍了一种新的虚拟控制量并在运动学模型的基础上设计轨迹跟踪控制器,然后运用李雅普诺稳定性判据对该系统的全局一致稳定性进行理论分析,并进行仿真实验。其次,对蛙跳算法进行研究,针对蛙跳算法易陷入局部最优的缺点,提出了改进的蛙跳算法(I mpro ve d S huffled Fro g Leap ing A lgor ith m,IS FLA),运用测试函数检验其优化性能,并对该算法进行收敛性分析。然后将IS FLA算法应用于车式自动导航车中,仿真实验结果表明,该导航车对目标轨迹的跟踪精度有所提高。最后,将自动导航车的运动学模型与动力学模型相结合,在第三章研究内容的基础上,针对AGV的初始时刻误差跳变大的问题,提出结合运动学和动力学模型的串级控制策略,其中,外环控制采用反演法来设计运动学模型的控制律,内环控制引入滑模变结构控制的方法来设计驱动力控制器。在设计滑模变结构控制的控制律时,采用双曲正切函数替代符号函数,且采用模糊切换增益的方法消除滑模变结构控制引起的系统抖振现象,以保证系统运行状态平滑。仿真实验表明,该控制策略提高了导航车跟踪目标轨迹的精度。