全向移动AGV驱动轮自适应鲁棒控制系统设计研究

摘要

全向移动AGV凭借其高效并行作业、自动化和柔性化的优势，在航空制造领域受到越来越多的关注，它可完成飞机零部件的快速准确转站，实现多批次流水线加工作业，大大缩短任务周期，提高工作效率，实现生产柔性化。本文以全向移动AGV为研究对象，提出一种分层式运动控制解决方案，并针对其工装搬运过程的运动平稳性和高精度定位问题建立了驱动轮动力学模型，将系统中的转动惯量、粘滞摩擦和库伦摩擦变化等作为参数不确定性，同时考虑建模误差与测量噪声等扰动作为不确定非线性，设计了驱动轮自适应鲁棒控制器，提升了AGV重载工装搬运的驱动性能。本文的主要研究内容如下:
　　第一章绪论，首先介绍论文的研究背景和意义，综述轮式移动机器人和AGV的国内外发展及运动控制方法，详述自适应鲁棒控制在非线性控制领域的发展，最后给出本文的主要研究内容。
　　第二章详述该全向移动AGV的主要功能、技术指标和结构设计，并对车辆进行运动学分析。针对其壁板工装搬运的任务需求和运动机制设计一种符合自身“四轮独立驱动-独立转向(4WID-4WIS)”架构的控制解决方案，基于TwinCAT平台完成AGV运动控制系统设计。
　　第三章分析实际工况下路面不平整、工装高重心、载荷变化跨度大及各轮负载分布不均等因素对AGV驱动性能的影响，区分系统中存在的参数不确定性和不确定非线性，在完成系统动力学分析与建模后，采用自适应鲁棒控制(ARC)方法进行驱动轮控制器设计，最后在Simulink搭建ARC控制器模型。
　　第四章构建全向移动AGV壁板工装运输实验平台，分别采用PID和ARC两种控制方法在空载/加载、不同速度的工况条件下进行对比实验和研究分析。实验结果表明，基于ARC的驱动轮控制系统能有效克服工装搬运过程中地面不平整、负载变化等因素带来的干扰，使AGV快速平稳地进行速度跟踪，匀速跟踪阶段速度波动在3°内，最大跟踪误差在1°内，平均位置误差在0.2°内，直线运动停止误差在0.1°内。
　　第五章总结本文的研究工作，并对进一步的研究内容进行展望。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 移动机器人发展

1．2．2 自动导引车AGV发展

1．2．3 轮式移动机器人运动控制方法

1．2．4 自适应鲁棒控制研究发展

1．3 主要研究内容

第二章 全向移动AGV结构与运动控制系

2．1 主要功能及技术指标

2．2 机械结构设计

2．2．1 本体设计

2．2．2 驱动转向设计

2．2．3 配置布局

2．3 AGV运动学分析

2．3．1 位姿描述

2．3．2 不同运动模式差速计算

2．4 运动控制解决方案

2．5 AGV运动控制系统

2．5．1 硬件系统

2．5．2 软件系统

2．6 本章小结

第三章 驱动轮自适应鲁棒控制器设计

3．1 自适应鲁棒控制方法

3．2 车轮动力学分析与建模

3．3 ARC控制器设计

3．3．1 问题描述

3．3．2 自适应律设计

3．3．3 ARC控制器设计

3．4 ARC控制器模型搭建

3．4．1 输入输出模块

3．4．2 中间变量p计算组合模块

3．4．3 自适应控制组合模块

3．4．4 鲁棒控制组合模块

3．5 本章小结

4．1．1 硬件组成

4．1．2 软件组成

4．2 ARC控制器TwinCAT3实现

4．3 AGV驱动控制实验

4．3．1 实验指标

4．3．2 实验参数

4．3．3 实验对比分析

4．4 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献