非完整约束AGV轨迹跟踪的非线性预测控制

中国机械工程 ›› 2011, Vol. 22 ›› Issue (6): 681-686.

非完整约束AGV轨迹跟踪的非线性预测控制

赵韩;尹晓红;吴焱明

合肥工业大学,合肥,230009

出版日期:2011-03-25 发布日期:2011-04-15
基金资助:
国家“十一五”支撑计划资助项目(2006036003131)；国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2006AA11A109)
The National Key Technology R&D Program（No. 2006036003131）;
National High-tech R&D Program of China (863 Program) （No. 2006AA11A109）

Nonlinear Model Predictive Control of Trajectory Tracking for Nonholonomic AGV

Zhao Han;Yin Xiaohong;Wu Yanming

Hefei University of Technology,Hefei,230009

Online:2011-03-25 Published:2011-04-15
Supported by:

The National Key Technology R&D Program（No. 2006036003131）;
National High-tech R&D Program of China (863 Program) （No. 2006AA11A109）

摘要/Abstract

摘要：

针对存在非完整约束和控制输入约束的三轮AGV模型，研究其非线性模型预测控制策略，提出了一种跟踪与镇定统一控制算法。首先由模型预测控制原理产生一个优化控制器，接着设计终端控制器及不变终端域来保证系统的镇定，然后设计状态观测器以进一步提高跟踪精度，最后设计避障控制模块来完善整个控制器功能。该控制算法具有一般性，对所有AGV及其他轮式移动机器人的运动学模型都适用。计算机仿真结果验证了该控制算法的正确性和有效性。

关键词:

AGV, 模型预测控制, 镇定, 观测器, 轨迹跟踪

Abstract:

Considering the kinematic model of three-wheeled AGV with non-holonomic constraint and input saturation,a nonlinear model predictive control was studied and an united control algorithm of tracking and stability was proposed. Firstly, an optimal controller was obtained based on the principles of model predictive control.Secondly, a terminal controller and an invariantterminal region were designed in order to keep the AGV system stable.Then，the noise problem of state estimation was solved by using a state observer, which improves the localization precision and enhances the control effectiveness.Finally，a module was designed to avoid obstacle. The designed control algorithm has generality for kinematic model of other wheeled mobile robots. Computer simulation results show its correctness and validness.

Key words:

automatic guided vehicle(AGV), model predictive control, stability, observer, trajectory tracking

中图分类号:

TP24



赵韩, 尹晓红, 吴焱明.

非完整约束AGV轨迹跟踪的非线性预测控制

[J]. 中国机械工程, 2011, 22(6): 681-686.

DIAO Han, YIN Xiao-Gong, TUN Yan-Meng. Nonlinear Model Predictive Control of Trajectory Tracking for Nonholonomic AGV[J]. China Mechanical Engineering, 2011, 22(6): 681-686.

[1]	夏光, 李嘉诚, 唐希雯, 张洋, 陈无畏. 平衡重式叉车防侧翻模型预测控制研究[J]. 中国机械工程, 2021, 32(08): 987-996.
[2]	韩玲, 刘鸿祥, 曹越, 任磊磊. 基于模型预测控制的无级变速起步优化控制策略[J]. 中国机械工程, 2020, 31(15): 1765-1771.
[3]	姚来鹏, 侯保林, 刘曦, 王茜. 基于非线性干扰观测器的自动弹仓终端滑模控制[J]. 中国机械工程, 2020, 31(15): 1787-1792,1797.
[4]	白国星1;孟宇1,2;刘立1;顾青1;罗维东1;甘鑫1. 基于可变预测时域及速度的车辆路径跟踪控制[J]. 中国机械工程, 2020, 31(11): 1277-1284.
[5]	赵林峰1;杨军1;张荣芸2;陈无畏1. 基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法[J]. 中国机械工程, 2018, 29(19): 2284-2289,2297.
[6]	贝旭颖1，2;平雪良1，2;高文研1，2. 纵向打滑状态下轮式移动机器人轨迹跟踪控制[J]. 中国机械工程, 2018, 29(16): 1958-1964.
[7]	钱立军1;荆红娟1;邱利宏1，2. 基于随机模型预测控制的四驱混合动力汽车能量管理[J]. 中国机械工程, 2018, 29(11): 1342-1348.
[8]	邱利宏, 钱立军, 杜志远, 王金波. 车联网环境下车辆最优车速闭环快速模型预测控制[J]. 中国机械工程, 2017, 28(10): 1245-1252.
[9]	孙涛, 夏维, 李道飞. 基于模型预测控制的协同式自适应巡航控制系统[J]. 中国机械工程, 2017, 28(04): 486-491.
[10]	叶锦华, 吴海彬. 不确定轮式移动机器人统一自适应神经网络H∞控制[J]. 中国机械工程, 2017, 28(02): 150-155.
[11]	李萍, 朱国力, 龚时华, 岳岚. 基于干扰观测器的龙门机床双驱系统的同步控制[J]. 中国机械工程, 2016, 27(19): 2630-2636.
[12]	黄康, 巩淼, 钟华勇, 王开来. 基于广义预测相邻耦合理论的多点顶推系统同步控制策略[J]. 中国机械工程, 2016, 27(15): 2009-2014.
[13]	李光, 符浩. 无模型机械臂BP神经网络状态观测及反演跟踪控制[J]. 中国机械工程, 2016, 27(07): 859-865.
[14]	李孟秋, 周志康, 廖武, 彭婧. 异步电机混合型滑模磁链观测器分析与验证[J]. 中国机械工程, 2015, 26(19): 2646-2651.
[15]	孟凡博, 黄开胜, 曾祥瑞, 张尧. 基于马尔可夫链的混合动力汽车模型预测控制[J]. 中国机械工程, 2014, 25(19): 2692-2697.