基于Lyapunov第二方法的自动导引车轨迹跟踪控制器设计与仿真

杨勇生 赵宏 姚海庆

摘要：为实现港口运载设备的自动化，研究港口用自动导引车（automated guided vehicle， AGV）的轨迹跟踪控制问题。构建前轮转向、后轮驱动的AGV运动学模型，运用Lyapunov第二方法保证系统稳定。设计一种受非完整约束的AGV轨迹跟踪控制器。采用真实的AGV样车参数，对直线和圆弧轨迹跟踪进行仿真。仿真结果表明该控制器具有收敛速度快、跟踪误差小等特性。

关键词：港口; 自动导引车（AGV）; 轨迹跟踪; Lyapunov第二方法

中图分类号：U691.7;TP242

文献标志码：A

Abstract：In order to realize the automation of carrier vehicles for ports， the trajectory tracking control of automated guided vehicles （AGVs） for ports is studied. The AGV kinematics model of front-wheel steering and rear-wheel drive is constructed， and the system stability is guaranteed by Lyapunovs second method. A trajectory tracking controller for AGVs with nonholonomic constraints is designed. Tracking trajectories composed of straight lines and arcs are simulated using parameters of AGV solid prototype. The simulation results show that the controller has the characteristics of fast convergence and low tracking error.

Key words：port; automated guided vehicle （AGV）; trajectory tracking; Lyapunovs second method

收稿日期：2018-03-26

修回日期：2018-06-20

基金项目：国家自然科学基金（61540045）;上海市科学技术委员会重点项目（14170501500）;上海海事大学研究生创新基金（2017ycx052）

作者简介：

杨勇生（1965—），男，江西南昌人，教授，博导，博士，研究方向为自动化码头协同作业调度与控制、港口物流装备及其智能化，（E-mail）ysyang@shmtu.edu.cn

0 引 言

随着区域经济一体化进程和经济全球化趋势的加快，国际物流运输行业飞速发展，航运物流在进入集装箱化时代后又向多式联运和现代物流方向发展[1]。集装箱码头吞吐量增长迅速，码头作业强度不断增加，急速推动集装箱码头向自动化、智能化转型，

作业效率不断提高，人力成本不断降低。港口作业区域可以分为岸边作业区、水平运输区和堆场作业区，其中具有中转作用的水平运输区的运输设备由传统码头的集卡转化为自动导引车（automated guided vehicle，AGV）、地面自主车（autonomous land vehicle，ALV）和自动跨运车。从全球看，AGV是水平运输设备中使用率最高的，其优势体现在高自动化、高智能化和环保性上。AGV的作业过程是接收远程的控制指令，根据预定路线完成货物运输的过程，其轨迹跟踪技术作为AGV的关键技术，一直是学者们研究的热点。……