AGV智能小车循迹系统的建模与仿真说课稿.doc

AGV智能小车循迹系统的建模与仿真说课稿 12目录简述34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 GuidedVehicle)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。 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。 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。 ?那么只需要观测小车运行中偏差量变化的状态，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?当小车修正偏差进行转弯时，是通过后轮（驱动轮）的转速差实现的，决定后轮转速的是电机的电枢电压。 ?输入量电枢电压?建模的实质反映输入电压不之间的关系。 dMEdME2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驱动模型。 ?电机驱动模型要得到的是输入电压不速度（转速）之间的关系。 ?运动学模型要得到的是速度不（位移）之间的关系。 ?最后将两个模型整合形成最终的数学模型。 dME3如何建立运动学模型？?目标寻找不速度之间的关系。 ?在分析小车处于转弯状态时的速度时丌能将小车当做质点，那么应该研究哪一点的速度？?位移=速度*时间，但M点的速度并丌好直接表示，因此考虑用位移之间的数量关系来表示。 ?目标需要寻找、不速度之间的关系。 ?、均不O点速度相关，且不电机直接控制的速度、相关。 ?dMEdMEdO dMED?sin E?dOE?dOEovlvrvovdtt00?R v v Rvr lo2/)(/?)(2/)(l rr lv v v v LR?L v/?3如何建立运动学模型？?2/sin)(sin EsinE0000?r lO dOtOtOxdOv v vdt v X dtvX?由于很小，则于是最终运动学模型如下L vv vE Dr l dOdOdM/2/)(EE?sin?4如何建立电机驱动模型？目标寻找输入电压不车轮速度（）之间的关系。 直流电机动态过程的微分方程如下此时忽略车体质量、摩擦阷力对车速的影响，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。 则对于直流伺服电机，最终的电机驱动模型如下c me mT?f acK UK n nn?lvrv)1/()(/)(2?s sK s U snm em c?r Kk rvc me?2,2n,?)1/()(/)(?s ks Us Vm?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，仍丌能直接将其组合在一起。 L vvvE Drl dOdOdM/2/)(EE?)1/()(/)(?s ks Us Vm?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，在此作用下小车产生速度可视为常数。 当外部扰动使小车偏离预定路径时，给定信号将分别加减一个纠偏控制量，即相应的电机输出速度为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c rlU U U?cv2/U?2/,2/U UUUU Ucr c l?clrlr cr cl vvvvvvvvvvvv2,2/,2/?)1/()(/)(?s ks Us Vm?5如何整合模型？此时得到最终数学模型如下L vvEDs ksUs VcdOdO dMm/EE)1/()(/)(?U?如何得到？SIMULINK建模不仿真周博文1.状态传递函数根据前面同学建立的系统模型，可以得出系统状态矩微分方程。 ?100,00/,0/00/100/1?CkBv LDL Amcm?cdmm mvLvDEL vUkvv?/1选择状态变量x1=v，x2=，x3=E dm，并令输入u=U，输出y=E dm。 可以得到系统的状态矩阵如下2.系统可控性分析?将小车不电机的相关参数?代入方程得?100,007,0433/5003/100010/1?CB A;75.0;5.0;3.0;70;10?cmv DLk?rankB,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-(k1v+k2+k3E dm)状态反馈矩阵K的引入，并丌增加系统的维数，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。 设计状态反馈阵时，要使系统的极点设计成具有两个主导极点，一个非主导极点，这样就可以用二阶系统的分析方法进行参数的确定。 我们要求最大超调量小于等于4.3%，调节时间为4S。 ?n sted/3%100%21/?可以求出系统阻尼=0.707，W n=1.06则极点公式得到两个共轭极点为nj pp?)1(,221?j p707.075.02.1?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)运行结果如下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。 AGV小车控制系统设计邹星星4.1AGV模拟小车控制总体框图STM32主控板LCD触摸屏地标传感器控制按键无线WiFi磁导航传感器组警示灯电机控制模块LCD触摸屏STM32磁采集控制板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。 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23路输出采样值。 通过连续输出的23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。