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龍圖騰網恭喜浙江工業大學申請的專利基于PSO李雅普諾夫函數的AGV軌跡跟蹤控制方法獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN115236973B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-04-15發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202210891951.7，技術領域涉及：G05B11/42；該發明授權基于PSO李雅普諾夫函數的AGV軌跡跟蹤控制方法是由張科文;張木成;王盈盈設計研發完成，并于2022-07-27向國家知識產權局提交的專利申請。

本基于PSO李雅普諾夫函數的AGV軌跡跟蹤控制方法在說明書摘要公布了：本發明公開了基于PSO李雅普諾夫函數的AGV軌跡跟蹤控制方法，對AGV軌跡跟蹤運動控制進行研究，進行了AGV模型建立與分析，主要包括AGV運動學模型、AGV運動控制誤差模型、激光雷達觀測模型、直流電機模型，明確了對AGV軌跡跟蹤控制器設計的目標，基于此目標，設計了基于PSO李雅普諾夫函數控制器，其中主要引入李雅普諾夫函數，利用李雅普諾夫穩定性判斷依據，設計了基于李雅普諾夫函數控制器，設計了基于PSO算法的控制器參數調節器對運動學控制器中的參數進行調節，構建一種由速度控制器和控制參數調節器組成的控制方法，考慮驅動輪速度對系統軌跡跟蹤的影響，采用PID控制器對兩輪速度控制來改善軌跡跟蹤效果。

本發明授權基于PSO李雅普諾夫函數的AGV軌跡跟蹤控制方法在權利要求書中公布了：1.基于PSO李雅普諾夫函數的AGV軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，包括如下步驟：1建立AGV運動學模型、AGV運動位姿誤差模型、激光雷達觀測模型及直流電機模型；步驟1具體過程如下：1.1建立AGV運動學模型：規定驅動輪軸線的中心點為AGV小車的質心，驅動輪的輪面與地面無相對滑動，且只做純滾動，不發生軸向移動；采用差速驅動方式的AGV受到非完整性約束，即運動約束方程為： 根據AGV剛體運動規律，得出AGV線速度v和角速度ω： 式中：L為驅動輪之間的距離，vL和vR分別表示左右輪的線速度，以AGV中心為參考點，則AGV運動學模型為： 由式2和式3可得，AGV的運動學模型描述為： 1.2AGV運動位姿誤差模型：由此當采用周期為T時刻時，那么k時刻的位移和角度的增量為： 式中：T為采用周期；當AGV在k時刻的運動狀態為Pk＝[Xk,Yk,θk]T，當AGV在k+1時刻的運動狀態為Pk+1＝[Xk+1,Yk+1,θk+1]T，那么k+1時刻運動狀態為： 在全局坐標系中定義機器人實際位姿P＝[X,Y,θ]T與參考位姿Pr＝[Xr,Yr,θr]T的位姿，因此，機器人實際位姿與參考位姿之間的誤差可定義為Pe＝P-Pr，即： 根據坐標轉換可得，雙輪差速移動機器人的位姿誤差e為： 結合式3，對局部位姿誤差即式8進行求導，可得相對于AGV位姿誤差的動態方程為： 根據誤差量尋找控制律q＝[vω]T使AGV沿著期望軌跡移動，即位姿誤差Pe中各誤差項趨于零，即1.3激光雷達觀測模型：激光雷達的觀測模型表示了傳感器觀測到的地標在極坐標系下的距離、角度與極坐標系在全局坐標系下的位置之間的對應關系，如式10所示； 式中：D,為傳感器坐標系下的距離與角度；xd,yd為環境中障礙物的位置信息；xs,ys,θs為傳感器位姿坐標；Dr,Dθ為觀測模型的距離、角度誤差；AGV將傳感器坐標系下的數據轉換到全局坐標系下，轉換后的數據用來估計AGV自身的位姿與環境地圖的位置；1.4直流電機模型：通過電機的電氣方程和機械特性方程聯立求得，計算如下；直流電機電氣方程： 直流電機的機械方程： 其中：Ca為電機的電勢，T＝Ctia；J為電機機軸上的轉動慣量；對式11、12進行拉普拉斯變換，可得： 式13中機械時間常數計算為： 電氣時間常數計算為： 由式13可知，直流電機的傳遞函數是一個二階無滯后傳遞函數，如式16所示： 由于Ta＜＜Tm，所以近似認為Tm+Ta≈Tm,2引入李雅普諾夫函數設計AGV軌跡跟蹤控制器；所述步驟2具體如下：根據李雅普諾夫穩定性理論，構造的李雅普諾夫函數公式為： 其中k2＞0且有界，對上式李雅普諾夫函數求導可得： 根據Lyapunov穩定性定理，則選取控制量為： 其中k1＞0,k3＞0且有界，求解式21可得： 根據式23可判斷而當v和ω都不為0時，不恒為0，因此判斷所設計的控制律，能夠使AGV運動控制系統漸進穩定，實現AGV軌跡跟蹤控制；3采用基于粒子群PSO算法的控制器參數調節器用于運動學控制器中的參數調節；3.1構建速度控制器，得到位姿誤差，線速度、角速度；3.2在設計的運動學控制器基礎上，針對控制律中的控制參數，基于PSO算法優化控制律中的比例因子，構建控制參數調節器，根據偏差實現在線調整位姿，從而保證軌跡跟蹤精度高且運行平穩；3.3將AGV實際運行的誤差數據作為反饋，觀察AGV相關參數的變化，定期更新控制參數調節器；所述步驟3具體如下：利用PSO對控制器的參數進行調節，構建式26代價函數： 式中：w1,w2,w3,w4均為權重；tr為上升時間；j2t為性能指標，作為參數選擇最小目標函數；u2t為控制量的平方項；h2t為超調量；確定了適應度函數后，基于PSO算法對速度控制器的三個參數k1，k2，k3進行調整，獲得更加精確的控制參數，穩定控制AGV的速度以及轉向，優化AGV控制系統的性能；4根據AGV運動控制的要求，利用PID控制方法來設計基于電機模型的PID控制器，采用PID控制器對兩輪速度控制；4.1在控制過程中，驅動系統接收到的速度信息的動態響應能力會直接影響到軌跡跟蹤的實際效果；4.2驅動電機基于增量式PID的速度跟蹤控制，需要考慮電機帶來的影響，實現對AGV速度的補償調節；4.3選用增量式PID控制算法，通過速度轉換器計算得出AGV底層返回系統的左右輪期望線速度，然后將左右輪的目標速度和實際輸出左右輪速度的誤差作為控制器的輸入，輸出左右驅動輪的實際速度，實現系統穩定調節輸出，提高AGV運行穩定性，以及保證系統自身的不確定性都具有很好的魯棒性。

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