AGV小车双轴同步控制关键技术研究

作     者：吉文博 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋宝

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：AGV小车 双轴同步控制 安全保护设计 扰动观测器 同步控制策略 

摘      要：AGV小车具有安全保护以及各种移载功能,工作效率高、安全、可靠、灵活,可以替代人工完成许多运输任务,逐渐应用于物流仓储、汽车装配等各个领域。课题结合双驱AGV小车的控制需求,针对应用过程中存在的空间限制、负重不同、地面工况不同等影响因素,围绕AGV小车双轴安全性与同步性开展相关关键技术研究。本文以双驱AGV小车作为研究对象,分析了影响AGV双轴安全性与同步控制性能的因素。结合AGV小车结构与运动特性、应用工况及双轴同步控制模型,提出了能够提升AGV双轴同步控制安全性及同步控制性能的总体方案。AGV小车运动过程中受自身体积、大电流驱动特性及外部不确定负载等影响,会存在过流、过压欠压、过温、电流冲击、信号干扰等安全风险。针对以上问题,本文从硬件设计、软件设计、时序约束三个方面设计了系统保护机制。通过安全保护实验验证了所提保护机制的有效性,保证AGV小车安全可靠运行。AGV小车受地面工况差异、负重变化等影响会产生速度波动,影响系统跟随性能。为此,在PI控制基础上提出了基于改进扩张状态观测器的抗扰算法。设计了非线性/线性切换扩张状态观测器,提高系统在不同外部扰动负载下的观测性能;引入自适应变增益观测系数设计,在保证系统观测精度的同时,提升系统的观测速度。本文在PI控制基础上提出了改进型交叉耦合同步控制策略,改善AGV小车双轴在负载不对称、速度不同工况下的同步响应性性能。针对PI控制器饱和引起的启动阶段同步性能差问题,提出了跟随误差抗饱和结构。为提高不同负载、不同速度下系统补偿能力,提出了同步误差补偿系数自调整设计。本文搭建了AGV双轴同步控制平台与可变负载平台,对所提基于改进扩张状态观测器的抗扰算法与改进型交叉耦合同步控制策略进行验证,设计了抗扰与同步控制实验。实验表明,在抗扰算法下,系统最大跟随误差减小了52.2%;在同步控制策略下,系统最大同步误差减小了64.3%。验证了所提抗扰与同步控制策略的有效性。