AGV智能小车循迹系统的建模与仿真ppt课件

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5 通信模块
相比于其他通信总线，CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性，可靠的实时性保证了 数据在传输过程中的安全性，防止丢包的可能性。而本课题中主控电路要求实时对磁采集电路反馈 的位置信号进行处理，计算出小车的实时位置偏差，对数据的传输要求比较高，因为本课题在主控 电路与磁采集电路之间的通信采用CAN总线通信。
视为常数。当外部扰动使小车偏离预定路径时，给定信号将
分别加减一个•
E dO (vl vr ) / 2
•
v / L
即 U l U c U /2 ,U r U c U /2相应的电机
输出速度为：
V (s)/U (s)k/(m s1 )
v l v c v / 2 , v r v c v / 2 , v r v l v , v r v l 2 v c
•
v
1 v
k
U
m
m
•
v / L
•
E dm
D
v
vc
L
1/m 0
A
1/ L
0
D / L vc
C 0 0 1
0 k /m
0 ,
B
0
,
0 0
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2.系统可控性分析
▪将m小1车0;与k电7机0;L的0相.3;关参数
D0.5;vc 0.75;
▪代入方程得：
1
/
10
A 10 / 3
•
EdOvOsin(vl vr)sin/2
由于 很小，则 sin
于是最终运动学模型如下：
E dM D E dO
•
E dO (vl vr ) / 2
•
v / L
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4 如何建立电机驱动模型？
目标：寻找输入电压与车轮速度（v lv
直流电机动态过程的微分方程如下：
）之间的关系。
r
••
AGV智能小车循迹系统的 建模与仿真
汇报人： 田佳豪 王嘉津 周博文 邹星星
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1
1
AGV智能小车简 述
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2
目 录1
2
3
4
简述 数学建模 Simulink建模与仿真 控制系统设计
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3
AGV智能小车简述
AGV(Automatic Guided Vehicle)智能小车又称自动导引车，是一种 在计算机监控下，根据具体规划和作业要求完成取货、送货、充电等任务 的无人驾驶自动化车辆。
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5
数学建模
王嘉津
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6
问题
▪ 该系统的输入和输出是什么？ ▪ 系统建模的思路？ ▪ 如何建立运动学模型？ ▪ 如何建立电机驱动模型？ ▪ 如何整合模型？
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1 输入和输出是什么？ ▪针对对系统的哪一部分建模？
E dM
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8
1 该系统的输入和输出是什么？
▪ 仿真的目的：找到合适的 控制器，使小车及时修正偏差， 达到较好的循迹性能。
无线WiFi 磁导航传感器组
STM32磁采 集控制板
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警示灯 电机控制模块
LCD触摸屏
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4.2主控制器
模拟车控制器采用STM32来实现，主要任务是对小车进行总体控制，主要 功能：接受上位机的命令、任务；向上位机报告小车的实时状态（包括小车目 前的所处位置，运行速度、方向、故障状态等）；根据设定的路线，自主的巡 航和速度控制。
此模型是一个非线性系统，但由于小车是在确定路线上 运行的，它的纠偏过程可视为在给定信号基础上增加一个微 小的控制量，因而这样一个非线性化系统就可以采用小偏差 线性化的方法将其转化为线性系统。于是有
V (s)/ U (s) k/(m s 1 )
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5 如何整合模型？
此时得到最终数学模型如下：
5 / 3
0
0 3
4
0
0,
0
B
7
0
,
0
rank[B,AB,A2B]=3 说明系统可控
C 0 0 1
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3.状态反馈控制器设计
▪状态反馈u=v-Kx， K=[k1,k2,k3]
▪自动引导小车的控制规律可以 表示为：
△U=v-(k1△v+k2θ+k3Edm)
状态反馈矩阵K的引入，并不增 加系统的维数，但是可以通过K 的自由选取改变闭环系统的特 征值，从而使系统获得所要求 得性能。
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4.2 磁导航传感器组
磁导航传感器组利用平均排布的8个采样点，磁采集传感器组示意图如所示 。磁传感器组能够检测出磁条上方100Gauss左右的微弱磁场，每个采样点连接一 个传感器，一共有8路信号输出。因为两个传感器之间的距离是20mm，磁条的宽 度是50mm，因此AGV在运行时，磁导航传感器组会有连续的2～3路输出采样值 。通过连续输出的2～3路信号的传感器编号，可以计算出磁条相对于AGV车体中 线的位置偏差，AGV会自动作出调整，确保AGV跟踪磁条前行。
V (s) / U (s) k /( ms 1) E dM D EdO
•
E dO vc
•
v / L
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U 如何得到？
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SIMULINK建模与仿真
周博文
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1 .状态传递函数
根据前面同学建立的系统模 型整理，可以得出系统状态 矩微分方程。
选择状态变量x1=△v，x2=θ，x3=Edm ，并令输入u=△U，输出y=Edm。可以 得到系统的状态矩阵如下
▪ 当小车偏离运行轨迹
时，现有的系统可以根据
传感器测出偏差，接着偏
差信号输入控制器，通过
控制器输出控制电压修正
运行轨迹。通过仿真曲线
，得到该系统对直线路径
具有较好的跟踪控制性能
。
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AGV小车控制系统设计
邹星星
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4.1AGV模拟小车控制总体框图
LCD触摸屏
地标传感器 控制按键
STM32主 控板
▪ 位 移E =dO 速度*时v l 间vv ，o r 但M点v o
的考表虑速示 v 0o 度用/R 并位0t d(不移v tl。 之好vr直间)/2 接的R表数量示关，因系• 此来
R L (vl vr)/2 (vr vl)
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3 如何建立运动学模型？
▪EdOX00tvOdx tX00tvOsindt
20mm
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4. 障碍检测
AGV模拟小车在工作时，会时刻遇见突发状况，比如道路上的障碍物以及走 动的人。为了保证AGV在行驶过程，自身车体结构的安全性以及工作环境中人和货 物的安全，在AGV车体前后分别装置了避障检查装簧和警示灯，在一定的范围内， 避障装置使AGV减速或者停下，在障碍解除后，AGV能够自主的重新的正常行驶。
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4
AGV智能小车简述
AGV智能小车是一种以电池为动力，装有电磁导引设备或光学导引设 备，能够自动沿着预定轨道行驶的自动化车辆。
应用 AGV 小车具有以下优势： （1）可以减少捡取货物、搬运货物的劳动力，提高劳动效率。 （2）搬运货物时，小车自身不易与周边加工设备发生碰撞，降低了生 产事故的发生率。 （3）能够与机器人、堆垛机等自动化设备完美配合作业，且能够实现 对货物的实时跟踪，大大减少货物丢失的发生率。 （4）耗电量小，无噪声污染。
V (s)/U (s)k/(m s1 )
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5 如何整合模型？
经过问题3和4的解答，分别得到了运动学模型和电机驱动模型，但由于中间变量速度没有统
一，仍不能直接将其组合在一起。
为了简化推导过程，以匀速直线运动为例。在没有外部 扰动的情况下，左右电机的给定信号相等，
即 Ul Ur Uc ，在此作用下小车产生速度 v c 可
▪ 电机驱动模型要得到的是 输入电压与速度（转速）之间 的关系。
▪ 运动学模型要得到的是速 最新课件
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3 如何建立运动学模型？
▪ 目标：寻E找dM 间的关系。
与速度之
▪ 在分析小车处于转弯状态
时E的dM 速度时不能将小车当做质
点，那么Ed 应M 该D 研s究in 哪E 一d点O 的速
度？
E dO
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5 无线WiFi模块
每辆AGV小车需要向上位机报告速度、位置等运行状态，设计WiFi无 线传输模块以上位机。选用ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi模 块。
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程序如下：
A0;=];[-0.1 0 0;10/3 0 0;5/3 -3/4
B=[7:0:0];
C=[0:0:1];
D=0;
Rc=rank(ctrb(A,B));
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4.Simulink 建模 ▪ 根据数学建模和设计的状态反馈控制器建立如下Simulink模型
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5.Simulink 仿真
d%e/ 12 100%
ts 3/n
可以求出系统阻尼ξ=0.707，Wn=1.06
则极点公式 p1,p2(j 12)n
得到两个共轭极点为 p1.20.75 0.70j7
设计状态反馈阵时，要使系 最新课件
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3.状态反馈控制器设计
在MATLAB的控制系统工具箱 中提供了单变量系统极点配置 acker(),其格式为 K=acker(A,B,p)
▪ 那么只需要观测小车运行 中偏差量变E dM化的状态，便可评 估控制器的优劣。
▪ 因此输出量应选择为能反 映小车偏离轨道程度的变量。
▪ 输出量：
E dM
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2 系统建模的思路？
▪ 机电一体化产品的组成： 机械本体，传感器，控制系统， 驱动器。
▪ 此次建模分为两部分：建 立运动学模型和建立电机E dM驱动 模型。
•
m enm n nK cU aK fT c
此时忽略车体质量、摩擦阻力对车速的影响，则电机的理想空载转速=车轮转速。 理想空载表示负载转矩为零。则：
n (s )/U (s ) K c/m (e s 2 m s 1 )
对于直流伺服电机， em ,v n 2r ,k K c2r
最终的电机驱动模型如下