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原文传递集装箱运输自动导引小车的优化控制研究

论文题名：	集装箱运输自动导引小车的优化控制研究
关键词：	集装箱运输;自动导引;小车;遗传算法;路径规划;控制参数;在线优化;定位停车;搜索能力;模糊逻辑控制;轨迹跟踪;控制律;点镇定;停车模式;全轮转向;后轮驱动;工作模式;车位;运动学;行驶
摘要：	集装箱运输的迅猛发展使得集装箱的集散地—港口的调度任务日益繁重，自动完成从泊位到集装箱堆场的运输已成为必要。本文对集装箱自动导引小车 (AGV)的跟踪控制、点镇定控制、定位停车及路径规划等方面进行了研究，现将全文内容概要如下：对全轮转向、后轮驱动的AGV进行了运动学分析，导出了相应的运动学方程；针对所采取的航标探测与惯性导航相结合的导航方式，推导了全轮转向、后轮驱动的AGV的航位计算公式。针对现有遗传算法无法兼顾全局搜索能力与局部搜索能力的缺点，提出了两相遗传算法，该算法使遗传算法同时具备了较好的全局与局部搜索能力。在对AGV的控制方面，本文提出对控制律中的参数进行优化设计的思想，实现系统的控制性能最优化，且将系统控制量限制在允许范围内。当AGV的初始位姿改变后，控制参数也需重新优化以达到最佳的控制效果。实验表明，对 AGV控制参数的优化能显著提高其轨迹跟踪和点镇定的精度。并进一步提出了一种控制参数在线优化方法，该方法无需利用控制参数的导数信息(事实上也无法获取导数的表达式)，且克服了直接用遗传进行在线优化时计算量大的缺点。由于集装箱运输AGV的特殊引导方式，导致AGV的跟踪轨迹为离散节点。将小车对离散节点的跟踪转化成小车对分段连续轨迹的跟踪，并根据AGV的运动特性将对小车的直行速度v和转向角速度ω的控制律转换为对车轮的转速n 和转角β的控制律。针对AGV存在正常工作模式(只能直线行走或绕中心转向)和停车模式(允许AGV沿其车体方向侧向移动)的特点，将对AGV的定位停车控制分成两步完成：首先，将处于正常工作模式的AGV引入待泊车位。为了让AGV顺利驶入待泊车位，采用路径规划和模糊逻辑控制(FLC)相结合的手段：从AGV的当前位置到待泊车位间规划出一条最佳行驶路径；然后，用FLC控制AGV按预定路径行驶，并用两相遗传算法对FLC隶属度函数中的参数进行了优化以改善定位停车精度。当AGV进入待泊车位后，让AGV进入停车模式，并编好相应控制流程以顺利实现AGV的精确停车。在路径规划方面，根据运行环境部分可知的特点，提出一种全局路径规划和局部路径规划相结合的方法，以有效地利用已知环境信息，缩短小车行驶路径，且实现AGV的有效避障；在此基础上还提出一种基于两相遗传算法的路径再规划方法，进一步提高了AGV的运行效率。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：自动导引小车，两相遗传算法，模糊逻辑控制，轨迹跟踪，点镇定，参数优化，在线优化技术，路径规划
作者：	罗志凡
专业：	机械设计及理论
导师：	卢耀祖
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学机械工程学院
学位年度：	2007
正文语种：	中文