本發(fā)明涉及差速舵輪控制，尤其涉及一種基于lqr的差速舵輪控制方法。

背景技術(shù)：

1、差速舵輪在重載agv（自動導(dǎo)引運(yùn)輸車）的應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢，與普通舵輪相比，其承載能力更大、本體高度更低，且原地旋轉(zhuǎn)時對車輪及地面的磨損更小。

2、然而，現(xiàn)有的差速舵輪速度控制方式通常采用角度差值疊加線性參數(shù)的方法。這種方法無法充分考慮舵輪的整體旋轉(zhuǎn)加減速特性，在實(shí)際應(yīng)用中，容易引發(fā)舵輪振動、驅(qū)動器負(fù)載不穩(wěn)定等問題，進(jìn)而影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在重載物料搬運(yùn)場景下，無法對舵輪進(jìn)行穩(wěn)定控制，可能導(dǎo)致舵輪中的物料晃動甚至掉落，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和安全性。

3、因此，有必要提供一種基于lqr的差速舵輪控制方法解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于lqr的差速舵輪控制方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無法對差速舵輪的速度及轉(zhuǎn)角進(jìn)行精確控制，且存在舵輪振動和驅(qū)動器負(fù)載不穩(wěn)定的問題。

2、本發(fā)明提供的一種基于lqr的差速舵輪控制方法，所述控制方法包括：

3、采集差速舵輪的當(dāng)前角度和當(dāng)前角速度，同時接收所述差速舵輪的目標(biāo)角度和目標(biāo)轉(zhuǎn)速；

4、基于所述當(dāng)前角度和所述目標(biāo)角度計(jì)算當(dāng)前角度差值；

5、將所述當(dāng)前角度差值和所述當(dāng)前角速度輸入至lqr控制器，計(jì)算得到角加速度控制量并轉(zhuǎn)換為電機(jī)速度控制增量；

6、基于所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所述當(dāng)前角度差值，根據(jù)所述電機(jī)速度控制增量調(diào)整電機(jī)速度整體控制量；

7、獲取電機(jī)最高轉(zhuǎn)速參數(shù)，并基于所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速和調(diào)整后的所述電機(jī)速度整體控制量計(jì)算電機(jī)速度控制值并傳送至驅(qū)動器。

8、優(yōu)選的，所述當(dāng)前角度和所述當(dāng)前角速度通過所述差速舵輪的輪組框架上的絕對值編碼器進(jìn)行采集。

9、優(yōu)選的，所述角加速度控制量的計(jì)算過程如下：

10、所述lqr控制器的連續(xù)時間線性狀態(tài)空間模型的表達(dá)式如下：

11、式中，表示t時刻的系統(tǒng)狀態(tài)向量的變化率；表示t時刻的系統(tǒng)狀態(tài)向量；表示t時刻的控制輸入向量；a表示狀態(tài)矩陣；b表示輸入矩陣；

12、在所述t時刻，將所述當(dāng)前角度差值和所述當(dāng)前角速度作為所述系統(tǒng)狀態(tài)向量，并將所述角加速度控制量作為所述控制輸入向量，設(shè)定控制時間間隔為m，則t+1時刻的所述系統(tǒng)狀態(tài)向量，對應(yīng)的計(jì)算公式如下：

13、對上式進(jìn)行轉(zhuǎn)換后得到：

14、式中，表示關(guān)于當(dāng)前角度差值和當(dāng)前角速度的角度差值控制函數(shù)；表示關(guān)于當(dāng)前角度差值和當(dāng)前角速度的角速度控制函數(shù)；

15、通過求解公式的雅可比矩陣，得到所述狀態(tài)矩陣、所述輸入矩陣；

16、設(shè)定所述lqr控制器的狀態(tài)權(quán)重矩陣、控制權(quán)重矩陣，其中，表示控制參數(shù)；

17、設(shè)定所述lqr控制器的最終控制規(guī)律為；反饋增益矩陣，其中，表示輸入矩陣b的轉(zhuǎn)置矩陣，表示矩陣的逆矩陣；中間矩陣p滿足公式，其中，表示狀態(tài)矩陣a的轉(zhuǎn)置矩陣；表示控制權(quán)重矩陣r的逆矩陣；

18、通過求解公式，得到所述中間矩陣p、所述反饋增益矩陣k和所述控制輸入向量，并且所述控制輸入向量即為所述角加速度控制量。

19、優(yōu)選的，將所述角加速度控制量轉(zhuǎn)換為所述電機(jī)速度控制增量的計(jì)算公式如下：

20、式中，表示電機(jī)速度控制增量；表示角加速度控制量；m表示控制時間間隔；d表示差速舵輪回轉(zhuǎn)半徑；r表示差速舵輪半徑。

21、優(yōu)選的，所述基于所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所述當(dāng)前角度差值，根據(jù)所述電機(jī)速度控制增量調(diào)整電機(jī)速度整體控制量，具體包括：

22、判斷所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速是否為0，若所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速不為0，則調(diào)整后的所述電機(jī)速度整體控制量，其中，表示調(diào)整前的電機(jī)速度整體控制量，表示電機(jī)速度控制增量；若所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速為0，則判斷所述當(dāng)前角度差值是否小于0.2°，若所述當(dāng)前角度差值小于0.2°，則調(diào)整后的所述電機(jī)速度整體控制量；

23、若所述當(dāng)前角度差值大于等于0.2°，則判斷所述當(dāng)前角度差值是否大于2°，若所述當(dāng)前角度差值大于2°，則調(diào)整后的所述電機(jī)速度整體控制量；若所述當(dāng)前角度差值小于等于2°，則調(diào)整后的所述電機(jī)速度整體控制量。

24、優(yōu)選的，所述獲取電機(jī)最高轉(zhuǎn)速參數(shù)，并基于所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速和調(diào)整后的所述電機(jī)速度整體控制量計(jì)算電機(jī)速度控制值并傳送至驅(qū)動器，具體包括：

25、設(shè)定所述電機(jī)最高轉(zhuǎn)速參數(shù)為、所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速為，若調(diào)整后的所述電機(jī)速度整體控制量滿足，則限制，否則不限制；

26、所述差速舵輪內(nèi)置有1號電機(jī)和2號電機(jī)，對應(yīng)的所述電機(jī)速度控制值分別為和；

27、將所述電機(jī)速度控制值和分別傳送至所述1號電機(jī)對應(yīng)的1號驅(qū)動器和所述2號電機(jī)對應(yīng)的2號驅(qū)動器。

28、一種基于lqr的差速舵輪控制方法，還包括，基于所述電機(jī)速度控制值，通過所述驅(qū)動器對所述當(dāng)前角度和所述當(dāng)前角速度進(jìn)行控制。

29、一種基于lqr的差速舵輪控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：

30、采集接收模塊，用于采集差速舵輪的當(dāng)前角度和當(dāng)前角速度，同時接收所述差速舵輪的目標(biāo)角度和目標(biāo)轉(zhuǎn)速；

31、差值計(jì)算模塊，用于基于所述當(dāng)前角度和所述目標(biāo)角度計(jì)算當(dāng)前角度差值；

32、lqr控制器計(jì)算模塊，用于將所述當(dāng)前角度差值和所述當(dāng)前角速度輸入至lqr控制器，計(jì)算得到角加速度控制量并轉(zhuǎn)換為電機(jī)速度控制增量；

33、控制量調(diào)整模塊，用于基于所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所述當(dāng)前角度差值，根據(jù)所述電機(jī)速度控制增量調(diào)整電機(jī)速度整體控制量；

34、驅(qū)動器控制模塊，用于獲取電機(jī)最高轉(zhuǎn)速參數(shù)，并基于所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速和調(diào)整后的所述電機(jī)速度整體控制量計(jì)算電機(jī)速度控制值并傳送至驅(qū)動器。

35、一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器中存儲有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述處理器運(yùn)行所述存儲器存儲的計(jì)算機(jī)程序時，所述處理器執(zhí)行如上任意一項(xiàng)所述的一種基于lqr的差速舵輪控制方法的步驟。

36、一種可讀存儲介質(zhì)，所述可讀存儲介質(zhì)中存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時用于實(shí)現(xiàn)如上任意一項(xiàng)所述的一種基于lqr的差速舵輪控制方法的步驟。

37、與相關(guān)技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種基于lqr的差速舵輪控制方法具有如下有益效果：

38、本發(fā)明可以采集差速舵輪的當(dāng)前角度和當(dāng)前角速度，同時接收差速舵輪的目標(biāo)角度和目標(biāo)轉(zhuǎn)速；基于當(dāng)前角度和目標(biāo)角度計(jì)算當(dāng)前角度差值；將當(dāng)前角度差值和當(dāng)前角速度輸入至lqr控制器，計(jì)算得到角加速度控制量并轉(zhuǎn)換為電機(jī)速度控制增量；基于目標(biāo)轉(zhuǎn)速和當(dāng)前角度差值，根據(jù)電機(jī)速度控制增量調(diào)整電機(jī)速度整體控制量；獲取電機(jī)最高轉(zhuǎn)速參數(shù)，并基于目標(biāo)轉(zhuǎn)速和調(diào)整后的電機(jī)速度整體控制量計(jì)算電機(jī)速度控制值并傳送至驅(qū)動器，從而可以對差速舵輪的速度及轉(zhuǎn)角進(jìn)行精確控制，有效解決了現(xiàn)有控制方法中存在的舵輪振動和驅(qū)動器負(fù)載不穩(wěn)定的問題。

39、本發(fā)明可以基于lqr建立差速舵輪運(yùn)動模型，使得差速舵輪的穩(wěn)態(tài)角度跟蹤誤差收斂于零，進(jìn)而有效提高了差速舵輪的速度及轉(zhuǎn)角的控制精度。對于不同規(guī)格尺寸的差速舵輪，本發(fā)明方法具有良好的適應(yīng)性，無需依賴經(jīng)驗(yàn)調(diào)整控制參數(shù)，降低了開發(fā)成本和調(diào)試難度，節(jié)省了開發(fā)時間。本發(fā)明充分考慮了舵輪的整體旋轉(zhuǎn)加減速特性，有效避免了舵輪振動和驅(qū)動器負(fù)載不穩(wěn)定的問題，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，降低了設(shè)備維護(hù)頻率。