[发明专利]一种基于自抗扰控制的磁带导引AGV循迹控制方法

权利要求书

1.一种基于自抗扰控制的磁带导引AGV循迹控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1)建立磁带导引AGV小车的循迹模型，根据移动机器人的动态特性，对小车循迹控制系统的横向偏差距离和偏差角度进行分析，记e_θ为小车质心行进方向相对于磁带轨迹中心线的偏差角度，e_d为小车质心与磁带轨迹中心线的横向偏差距离，假设小车左右轮轮轴中心为小车质心，则当小车差速转向时，小车质心的行驶速度v_c为

ν_c＝(ν_l+ν_r)/2 (1)

其中v_l,v_r分别为小车左右驱动轮的移动线速度；

转向角速度ω为

ω＝(ν_l-ν_r)/D (2)

其中D为小车左右驱动轮轮距；

记Δt为一段极短的时间，那么在Δt时间内小车的偏差角度变化量为

Δe_θ＝(ν_l-ν_r)·Δt/D (3)

侧向偏差距离变化量为

Δe_d＝ν_c·Δt·sine_θ (4)

根据式(3)、(4)，分别得到其微分方程为

又由于Δt时间内e_θ极小，由式(4)得

令左右驱动轮轮速差Δν＝ν_l-ν_r，联立式(5)和式(7)得以e_θ,e_d为状态变量的小车循迹控制系统的状态空间模型为

其中，令u＝Δv为系统控制量；

小车左右驱动轮的移动速度表示为

其中，u的正负表征为小车质心相对于磁带中心线是左偏还是右偏，且|u|≤2ν_c；

由式(8)得系统微分方程为

式(10)为磁带导引小车的循迹误差模型，为单输入单输出二阶系统，其中，y为系统控制输出，即y＝e_d；

步骤2)根据选取的磁导引传感器和磁带，确定磁导引传感器安装位置相对于小车质心的垂直距离L和相对于磁带上表面的垂直高度H，并实际量测小车不同姿态磁导引传感器中心点相对于磁带中心线的偏差距离E，且小车质心相对于磁带中心线左偏或右偏均有m个距离值，即E共有2m个数据值；

步骤3)为参考横向距离偏差安排过渡过程并设计跟踪微分器，使小车的横向偏差距离尽可能快而无超调地跟踪上参考距离，参考距离的过渡过程信号及其微分跟踪器按如下方程给出：

其中，e_T为小车横向偏差距离安排的过渡过程信号与参考横向偏差距离的误差，为过渡过程信号的近似一阶微分信号；f₁，即为快速综合函数，r₀为快速跟踪因子，与过渡过程达到稳态值想要的时间成反比，且受系统承受能力制约，取值不可太大，T为积分步长，其具体形式如下：

其中，sign()为符号函数，并具有如下形式：

步骤4)设计扩张状态观测器，获取小车的横向偏差距离、横向偏差速度以及总和扰动量的估计值，那么扩张状态观测器按如下方程给出：

其中，e_S为小车横向偏差距离的估计值与实际偏差距离的差，为小车实际横向偏差距离e_d的估计值，为小车横向偏差速度的估计值，为系统综合扰动的估计值，b₀是决定补偿强弱的“补偿因子”，β₁,β₂,β₃为一组待整定可调参数，T为积分步长，f₂(e_S,ξ₁,T),f₃(e_S,ξ₂,T)为非线性函数，具体表达式如下：

其中，ξ₁,ξ₂为幂指数；

步骤5)状态误差反馈控制率设计如下：

其中，e₁为小车横向偏差距离的跟踪误差，e₂为小车横向偏差速度的跟踪误差，这些误差经过线性组合u₀＝α₁e₁+α₂e₂得到误差反馈控制率u₀，其中α₁,α₂为各误差的反馈增益，参考PD控制增益进行调节，将由步骤4)获得的总和扰动的估计值通过形如的补偿过程得到最终的控制量u。

2.如权利要求1所述的一种基于自抗扰控制的磁带导引AGV循迹控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，用磁导引传感器中心点相对于磁带中心线的偏差距离E来刻画控制输出y，即e_d：

e_d＝E·cose_θ-L·sine_θ (23)

其中Δs_l,Δs_r分别为固定采样周期内，左右驱动轮的转动距离，L为磁导引传感器安装位置相对于小车质心的垂直距离，D为左右驱动轮轮距。