AGV智能小車循跡系統(tǒng)的

建模與仿真匯報(bào)人：田佳豪王嘉津

周博文

鄒星星1AGV智能小車簡述12目錄簡述34數(shù)學(xué)建模Simulink建模與仿真控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)AGV智能小車簡述AGV(AutomaticGuidedVehicle)智能小車又稱自動(dòng)導(dǎo)引車，是一種在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下，根據(jù)具體規(guī)劃和作業(yè)要求完成取貨、送貨、充電等任務(wù)的無人駕駛自動(dòng)化車輛。AGV智能小車簡述AGV智能小車是一種以電池為動(dòng)力，裝有電磁導(dǎo)引設(shè)備或光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，能夠自動(dòng)沿著預(yù)定軌道行駛的自動(dòng)化車輛。應(yīng)用AGV小車具有以下優(yōu)勢：（1）可以減少撿取貨物、搬運(yùn)貨物的勞動(dòng)力，提高勞動(dòng)效率。（2）搬運(yùn)貨物時(shí)，小車自身不易與周邊加工設(shè)備發(fā)生碰撞，降低了生產(chǎn)事故的發(fā)生率。（3）能夠與機(jī)器人、堆垛機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備完美配合作業(yè)，且能夠?qū)崿F(xiàn)對貨物的實(shí)時(shí)跟蹤，大大減少貨物丟失的發(fā)生率。（4）耗電量小，無噪聲污染。數(shù)學(xué)建模王嘉津問題該系統(tǒng)的輸入和輸出是什么？系統(tǒng)建模的思路？如何建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型？如何建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型？如何整合模型？1輸入和輸出是什么？

針對對系統(tǒng)的哪一部分建模？1該系統(tǒng)的輸入和輸出是什么？仿真的目的：找到合適的控制器，使小車及時(shí)修正偏差，達(dá)到較好的循跡性能。那么只需要觀測小車運(yùn)行中偏差量變化的狀態(tài)，便可評估控制器的優(yōu)劣。因此輸出量應(yīng)選擇為能反映小車偏離軌道程度的變量。輸出量：當(dāng)小車修正偏差進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，是通過后輪（驅(qū)動(dòng)輪）的轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)的，決定后輪轉(zhuǎn)速的是電機(jī)的電樞電壓。輸入量：電樞電壓建模的實(shí)質(zhì)：反映輸入電壓與之間的關(guān)系。2系統(tǒng)建模的思路？

機(jī)電一體化產(chǎn)品的組成：機(jī)械本體，傳感器，控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)器。此次建模分為兩部分：建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型要得到的是輸入電壓與速度（轉(zhuǎn)速）之間的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)學(xué)模型要得到的是速度與（位移）之間的關(guān)系。最后將兩個(gè)模型整合形成最終的數(shù)學(xué)模型。3如何何建建立立運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)學(xué)模模型型？？目標(biāo)標(biāo)：：尋尋找找與與速速度度之之間間的的關(guān)關(guān)系系。。在分分析析小小車車處處于于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎彎狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)的的速速度度時(shí)時(shí)不不能能將將小小車車當(dāng)當(dāng)做做質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)，，那那么么應(yīng)應(yīng)該該研研究究哪哪一一點(diǎn)點(diǎn)的的速速度度？？位移移=速度度*時(shí)間間，，但但M點(diǎn)的的速速度度并并不不好好直直接接表表示示，，因因此此考考慮慮用用位位移移之之間間的的數(shù)數(shù)量量關(guān)關(guān)系系來來表表示示。。目標(biāo)標(biāo)：：需需要要尋尋找找、、與與速速度度之之間間的的關(guān)關(guān)系系。。、均均與與O點(diǎn)速速度度相相關(guān)關(guān)，，且且與與電電機(jī)機(jī)直直接接控控制制的的速速度度、、相相關(guān)關(guān)。。3如何何建建立立運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)學(xué)模模型型？？由于于很很小小，，則則于是是最最終終運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)學(xué)模模型型如如下下：：4如何何建建立立電電機(jī)機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)模模型型？？目標(biāo)標(biāo)：：尋尋找找輸輸入入電電壓壓與與車車輪輪速速度度（（））之之間間的的關(guān)關(guān)系系。。直流流電電機(jī)機(jī)動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)過過程程的的微微分分方方程程如如下下：：此時(shí)時(shí)忽忽略略車車體體質(zhì)質(zhì)量量、、摩摩擦擦阻阻力力對對車車速速的的影影響響，，則則電電機(jī)機(jī)的的理理想想空空載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速=車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速。。理想想空空載載表表示示負(fù)負(fù)載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩為為零零。。則則：：對于于直直流流伺伺服服電電機(jī)機(jī)，，最終終的的電電機(jī)機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)模模型型如如下下5如何何整整合合模模型型？？經(jīng)過過問問題題3和4的解解答答，，分分別別得得到到了了運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)學(xué)模模型型和和電電機(jī)機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)模模型型，，但但由由于于中中間間變變量量速速度度沒沒有有統(tǒng)統(tǒng)一一，，仍仍不不能能直直接接將將其其組組合合在在一一起起。。為了了簡簡化化推推導(dǎo)導(dǎo)過過程程，，以以勻勻速速直直線線運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)為為例例。。在在沒沒有有外外部部擾擾動(dòng)動(dòng)的的情情況況下下，，左左右右電電機(jī)機(jī)的的給給定定信信號(hào)號(hào)相相等等，，即，，在在此此作作用用下下小小車車產(chǎn)產(chǎn)生生速速度度可可視視為為常常數(shù)數(shù)。。當(dāng)當(dāng)外外部部擾擾動(dòng)動(dòng)使使小小車車偏偏離離預(yù)預(yù)定定路路徑徑時(shí)時(shí)，，給給定定信信號(hào)號(hào)將將分分別別加加減減一一個(gè)個(gè)糾糾偏偏控控制制量量，，即相應(yīng)應(yīng)的的電電機(jī)機(jī)輸輸出出速速度度為為：：此模型是一一個(gè)非線性性系統(tǒng)，但但由于小車車是在確定定路線上運(yùn)運(yùn)行的，它它的糾偏過過程可視為為在給定信信號(hào)基礎(chǔ)上上增加一個(gè)個(gè)微小的控控制量，因因而這樣一一個(gè)非線性性化系統(tǒng)就就可以采用用小偏差線線性化的方方法將其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為線性性系統(tǒng)。于于是有5如何整合模模型？此時(shí)得到最最終數(shù)學(xué)模模型如下：：如何得到？？SIMULINK建模與仿真真周博文1.狀態(tài)傳遞函函數(shù)根據(jù)前面同同學(xué)建立的的系統(tǒng)模型型整理，可可以得出系系統(tǒng)狀態(tài)矩矩微分方程程。選擇狀態(tài)變變量x1=△v，x2=θ，x3=Edm，并令輸入入u=△U，輸出y=Edm。可以得到到系統(tǒng)的狀狀態(tài)矩陣如如下2.系統(tǒng)可控性性分析將小車與電電機(jī)的相關(guān)關(guān)參數(shù)代入方程得得：rank[B,AB,A2B]=3說明系統(tǒng)可可控3.狀態(tài)反饋控控制器設(shè)計(jì)計(jì)狀態(tài)反饋u=v-Kx，K=[k1,k2,k3]自動(dòng)引導(dǎo)小小車的控制制規(guī)律可以以表示為：：△U=v-(k1△v+k2θθ+k3Edm)狀態(tài)反饋矩矩陣K的引入，并并不增加系系統(tǒng)的維數(shù)數(shù)，但是可可以通過K的自由選取取改變閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)的特特征值，從從而使系統(tǒng)統(tǒng)獲得所要要求得性能能。設(shè)計(jì)狀態(tài)反反饋陣時(shí)，，要使系統(tǒng)統(tǒng)的極點(diǎn)設(shè)設(shè)計(jì)成具有有兩個(gè)主導(dǎo)導(dǎo)極點(diǎn)，一個(gè)非主導(dǎo)極點(diǎn)點(diǎn)，這樣就就可以用二二階系統(tǒng)的的分析方法法進(jìn)行參數(shù)數(shù)的確定。。我們要求最大超調(diào)量量小于等于于4.3%，調(diào)節(jié)時(shí)時(shí)間為4S?？梢郧蟪鱿迪到y(tǒng)阻尼ξξ=0.707，Wn=1.06則極點(diǎn)公式式得到兩個(gè)共共軛極點(diǎn)為為3.狀態(tài)反饋控控制器設(shè)計(jì)計(jì)在MATLAB的控控制系統(tǒng)工工具箱中提提供了單變變量系統(tǒng)極極點(diǎn)配置acker(),其其格式為K=acker(A,B,p)程序如下：：A=[-0.100;10/300;5/3-3/40;];B=[7:0:0];C=[0:0:1];D=0;Rc=rank(ctrb(A,B));P=[-0.75+0.707j,-0.75-0.707j,-15];K=acker(A,B,p)運(yùn)行結(jié)結(jié)果如下：：4.Simulink建模根據(jù)數(shù)學(xué)建建模和設(shè)計(jì)計(jì)的狀態(tài)反反饋控制器器建立如下下Simulink模型5.Simulink仿真當(dāng)小車偏離離運(yùn)行軌跡跡時(shí)，現(xiàn)有有的系統(tǒng)可可以根據(jù)傳傳感器測出出偏差，接接著偏差信信號(hào)輸入控控制器，通通過控制器器輸出控制制電壓修正正運(yùn)行軌跡跡。通過仿仿真曲線，，得到該系系統(tǒng)對直線線路徑具有有較好的跟跟蹤控制性性能。AGV小車控制系系統(tǒng)設(shè)計(jì)鄒星星4.1AGV模擬小車控控制總體框框圖STM32主控板LCD觸摸屏地標(biāo)傳感器器控制按鍵無線WiFi磁導(dǎo)航傳感感器組警示燈電機(jī)控制模模塊LCD觸摸屏STM32磁采集控制制板4.2主控制器模擬車控制制器采用STM32來實(shí)現(xiàn)，主主要任務(wù)是是對小車進(jìn)進(jìn)行總體控控制，主要要功能：接接受上位機(jī)機(jī)的命令、、任務(wù)；向向上位機(jī)報(bào)報(bào)告小車的的實(shí)時(shí)狀態(tài)態(tài)（包括小小車目前的的所處位置置，運(yùn)行速速度、方向向、故障狀狀態(tài)等）；；根據(jù)設(shè)定定的路線，，自主的巡巡航和速度度控制。4.2磁導(dǎo)航傳感感器組磁導(dǎo)航傳感感器組利用用平均排布布的8個(gè)采樣點(diǎn)，，磁采集傳傳感器組示示意圖如所所示。磁傳傳感器組能能夠檢測出出磁條上方方100Gauss左右的微弱弱磁場，每每個(gè)采樣點(diǎn)點(diǎn)連接一個(gè)個(gè)傳感器，，一共有8路信號(hào)輸出出。因?yàn)閮蓛蓚€(gè)傳感器器之間的距距離是20mm，磁條的寬寬度是50mm，因此AGV在運(yùn)行時(shí)，，磁導(dǎo)航傳傳感器組會(huì)會(huì)有連續(xù)的的2～3路輸出采樣樣值。通過過連續(xù)輸出出的2～3路信號(hào)的傳傳感器編號(hào)號(hào)，可以計(jì)計(jì)算出磁條條相對于AGV車體中線的的位置偏差差，AGV會(huì)自動(dòng)作出出調(diào)整，確確保AGV跟蹤磁條前前行。20mm4.障礙檢測AGV模擬小車在在工作時(shí)，，會(huì)時(shí)刻遇遇見突發(fā)狀狀況，比如如道路上的的障礙物以以及走動(dòng)的的人。為了了保證AGV在行駛過程程，自身車車體結(jié)構(gòu)的的安全性以以及工作環(huán)環(huán)境中人和和貨物的安安全，在AGV車體前后分分別裝置了了避障檢查查裝簧和警警示燈，在在一定的范范圍內(nèi)，避避障裝置使使AGV減速或者停停下，在障障礙解除后后，AGV能夠自主的的重新的正正常行駛。。5通信模塊相比于其他他通信總線線，CAN總線具有突突出的可靠靠性、實(shí)時(shí)時(shí)性和靈活活性，可靠靠的實(shí)時(shí)性性保證了數(shù)數(shù)據(jù)在傳輸輸過程中的的安全性，，防止丟包包的可能性性。而本課課題中主控控電路要求求實(shí)