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基于LQG的AGV自主运行系统的研究

作　者: 杜吉庆
导　师: 陈炜峰
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: AGV 差速转向 LQG 二次型最优控制 卡尔曼滤波
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


AGV是一种典型的自主移动轮式机器人,在现代科技环境下,AGV已经成为整体制造业、现代物流和国防科技等不可或缺的一部分,由于其应用前景广泛,因此得到了业界专家学者的高度重视,尤其是导引方式和控制器的设计作为决定AGV性能的关键因素,更是得到越来越广泛的关注。针对双轮差速AGV轨迹跟踪控制系统,首先设计了AGV系统的机械结构、硬件平台和各个关键功能模块,并对AGV系统关键性能模块的工作原理及算法进行概述；其次,对电机调速实验数据借助系统辨识工具箱进行数据拟合并建立电机调速驱动数学模型,在充分考虑AGV模型动力学特性的基础上,根据平面运动约束方程,建立AGV导向控制系统数学模型；再次,根据LQG控制算法设计导向控制器对位置实时修正,AGV控制系统采用双闭环控制策略,内环采用PI控制算法结合前馈控制算法设计调速驱动控制器,外环采用LQG控制算法设计导向控制器,LQG控制器建立在系统状态方程的基础上,由卡尔曼滤波器和二次型线性最优控制器组成,卡尔曼滤波器对输出状态量进行估计并滤除随机噪声,最优控制器对确定系统进行最优控制量计算；然后,通过仿真实验分析控制器在抗噪性、轨迹跟踪、鲁棒性等方面的性能,并通过整体联调跑车实验进一步验证所设计的控制器性能。实验结果表明,所设计的红外光电导向模块具有较高的采样精度且能有效抑制外界干扰,所设计的LQG控制器具有良好的跟踪性能,采用此控制器进行AGV导向控制切实可行。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 研究背景、目的及意义  7
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  7-10
    1.2.1 AGV系统研究现状和发展趋势  7-9
    1.2.2 课题的主要研究现状和发展趋势  9-10
  1.3 本文主要研究内容及组织结构  10-13
第二章 AGV系统结构及其硬件设计  13-33
  2.1 AGV系统结构设计  13-15
  2.2 AGV控制系统架构  15-16
  2.3 AGV控制系统硬件电路及模块设计  16-32
    2.3.1 振荡、复位和滤波电路  16-17
    2.3.2 电压转换电路  17-18
    2.3.3 速度模块及其电路设计  18-20
    2.3.4 光电导向模块及其电路  20-24
    2.3.5 标志检测模块及其电路  24-25
    2.3.6 避障测距模块及其电路  25-29
    2.3.7 主控单元  29-30
    2.3.8 人机交互  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章 控制理论基础和运动约束模型分析  33-43
  3.1 基本控制理论  33-39
    3.1.1 系统辨识简介  33
    3.1.2 卡尔曼滤波理论  33-36
    3.1.3 最优控制理论  36-37
    3.1.4 状态反馈和状态观测器  37-38
    3.1.5 LQG控制  38-39
  3.2 双轮差速运动约束模型  39-42
  3.3 本章小结  42-43
第四章 数学模型的建立  43-49
  4.1 调速驱动控制模型  43-44
    4.1.1 电机速度模型建立  43-44
  4.2 导向控制模型  44-48
    4.2.1 导向控制状态方程的建立  45-46
    4.2.2 AGV传递函数  46-47
    4.2.3 模型整合  47-48
  4.3 本章小结  48-49
第五章 控制器设计及其仿真分析  49-60
  5.1 调速驱动控制器设计  49-50
  5.2 导向控制器设计  50-55
    5.2.1 卡尔曼滤波器的设计  50-51
    5.2.2 最优控制器设计  51-53
    5.2.3 双闭环控制系统  53-54
    5.2.4 LQG控制器设计  54-55
  5.3 仿真研究  55-59
    5.3.1 系统跟踪性能的分析  57-58
    5.3.2 固定速度不同跟踪性能的分析  58-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章 实验及结果分析  60-64
  6.1 监控及信息交互系统  60-61
  6.2 卡尔曼滤波实验  61
  6.3 电机调速驱动控制实验  61-62
  6.4 导向控制实验  62-63
  6.5 本章小结  63-64
第七章 总结和展望  64-66
  7.1 总结  64
  7.2 展望  64-66
参考文献  66-71
作者简介  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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