AGV智能小车循迹系统的建模与仿真

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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
5.Simulink 仿真
▪ 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 。

EdO vc

v / L
U 如何得到?
SIMULINK建模与仿真
周博文
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

v
1 v
k
U
m
m
▪ 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
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。
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。
态度决定一切 细节影响成败 谢谢您的关注!
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 2 r ,k K c 2 r
最终的电机驱动模型如下
V (s)/U (s)k/(m s 1 )
由于 很小,则 sin
于是最终运动学模型如下:
E dM D EdO

E dO (vl vr ) / 2

v / L
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:
r)之间的关系。
• •

m en m n n K cU a K fT c
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 )
5 如何整合模型?
此时得到最终数学模型如下:
V (s) / U(s) k /(ms 1) EdM D EdO
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
视为常数。当外部扰动使小车偏离预定路径时,给定信号将
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。
0
B
7 0, 0
C 0 0 1
rank[B,AB,A2B]=3 说明系统可控
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。
20mm
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。
设计状态反馈阵时,要使系
d%e/ 12 10% 0
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 p1.20.7 50.70j7
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) 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));
分别加减一个纠偏控制量 U/2,
E dM D EdO

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 s 1 )
v l v c v / 2 , v r v c v / 2 , v r v l v , v r v l 2 v c
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。
的考表 R 速虑示 v L 0o 度 用(v /lR 并 位 0t v d( r 不 移v )tl/。 2 好 之( v v rr 直 间) /2 v 接的R l)表数示量,关因系• 此来v/ L
3 如何建立运动学模型?
▪EdOX00tvOdx tX00tvOsindt

EdOvOsin(vl vr)sin/2

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
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 0.7;5
▪代入方程得:
1 /10 0
A 10 / 3 0
5 / 3
3 4
0 0,
数学建模
王嘉津
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?
1 输入和输出是什么? ▪针对对系统的哪一部分建模?
E dM
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。
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
1
AGV智能小车简 述
目 录1
2
3
4
简述 数学建模 Simulink建模与仿真 控制系统设计
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。
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。
AGV小车控制系统设计
邹星星
4.1AGV模拟小车控制总体框图
LCD触摸屏
地标传感器 控制Biblioteka Baidu键
STM32主 控板
无线WiFi 磁导航传感器组
STM32磁采 集控制板
警示灯 电机控制模块
LCD触摸屏
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。
▪ 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
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E d 应M 该D 研s究i哪n E 一d点O的速
度?
E dO
▪ 位 移E=dO 速度*时v l 间vv ,o r 但M点v o
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