多AGV系统的组合导航控制与调度方法研究

自 动 导 引 车 辆 （ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｅ ｄ  Ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｄ  Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ， Ａ Ｇ Ｖ） 是 柔 性 制 造 产 业 中 的 重 要 组 成 部分 ， 而 导 航 控 制 与调 度 方 法 则 是 Ａ Ｇ Ｖ 设 计 的 核 也 关键 技 术 。 Ａ Ｇ Ｖ 组 合 导 航 系 统 通 过 滤 波 融 合 处 理 多 种 传 感 器 采集 的 数 据 ， 而 Ａ Ｇ Ｖ 调 度 则在满足 约束条件 下实时高 效 地 规 划 出 最 优 路 径 。一个优 秀 的 调 度 系 统 能实 现 精确 定 位 、 快 速 响 应 并 能 及 时 处 理 障 碍 、冲 突等 事 件 。 在 理 论 上，本 问 题 属 于 组 合 优 化 问 题， 本 文 研 究 的 带 时 间 窗 的 车 间 实 时 调 度 问题 相 比一 般的 调 度 优 化 问 题， 在 问 题 描 述 、 数 学 建 模 、 优 化计 算等 方面 更 困 难； 在 工 程 应 用 上 ， 本 文 提 出 的 方 法 使 系 统 运 行 状 态 更加 透 明 ， 有效 解 决 了 实 时 车 间 调 度 问 题 ， 具 有 重 要 的 工 程应 用 价 值 。 本文 在 国 家 自 然科学基金项 目 的 资 助 下，Ｗ 组 合 导 航 Ａ Ｇ Ｖ 为 研 究 对象， 研 究 Ａ Ｇ Ｖ組 合 导航 定 位 技术 Ｗ 及 多 Ａ Ｇ Ｖ 系 统 中 多 工 况 下 的 实 时 调 度 方 法 。 论 文 Ｗ 组 合 导 航 下 多 Ａ Ｇ Ｖ 系 统 调 度任务 的 执 行 过 程 为 主 线， 研 究 了 惯 性 单 元 和 磁 单 元组 合 导 航 定 位 技术 和 静态调度、实 时 调 度、出 现 故 障 Ｈ 种 车 间 调 度 问 题 的 求解框架 。 

论 文 的 主 要 工 作如下 ： 

（ １）  基 于 Ｌ Ｐ Ｃ ２ ３ ８ ８ 设 计 的 工 业 控制 器、 传 感 器 Ｍ Ｐ Ｕ ９ ２ ５ ５ 和 Ｍ Ｓ２０－１ ５ ０ 磁 感 应 器为 硬 件 设 计 平 台 ， 研 究 Ａ ＧＶ 组 合 导 航 定 位 中 的 四 个 关 键技 术 ：Ａ Ｇ Ｖ 姿 态 解 算， 检 测 信 号 的 滤 波 去 噪 ，Ａ Ｇ Ｖ 运 动学 模 型 推 导和 组 合 导 航 定 位 方 法 。 本 文选 择 四 元 数 法 进行 姿态 解 算 ， 采 用 互 补 滤波算法 通 过 加 速 度计 和 磁 力 计测 量 值 修 正 姿 态 。同 时 ， 本 文 建 立 了双 轮 差 速 驱 动 ＡＧ Ｖ 的 运动 模 型， 并 根 据 磁 钉 己 知 的绝对位置校正 Ａ Ｇ Ｖ 的 位 置和航向， 实 现 Ａ Ｇ Ｖ 的 精 确 导 航 定 位 。 

（ ２ ）  静 态 车 间 Ａ Ｇ Ｖ 调 度 问 题 为 研 究 对 象， 搭 建 了 两 阶 段车 间 调 度 系 统 求解 框 架 解 决 了 系 统 实 时 运 行 状态 获取、离 线 最短路径 库 生 成 、 在 线 最优 调 度 方案生 成 三 个关键技 术。 其 中 ， 离 线阶 段 通 过 路 径 生 成 规 则 和 图 论 中 Ｄ ｉ ｊ ｋ ｓ ｔ ｒ ａ 算 法 构 建 最 短路 径 库 ， 避 免 在线调度 阶 段 解 的 质 量 不 高； 在 线 阶 段 通 过 结 合 交 通 规 则 法、 预测式避碰 方 法 控制 系 统 中 各节 点、 路 段 上 Ａ Ｇ Ｖ 的 通 过 时 间， 并 采 用 改 进微 遗 传 算 法 在 综 合 考 虑 运 行 时 间、 停 车次 数 、 转 弯 次 数 的 情 况 下 解 决 多 Ａ Ｇ Ｖ 系 统 的 静 态 车 间 调 度 问 题 。 

（ ３ ） Ｗ 实 时 车 间 Ａ Ｇ Ｖ 调 度 问 题 为 研 究 对 象， 提 出 相 应 的 方案分别 求 解 车 间 无 障 碍 、车 间 路 段 故障 、 车 间 节 点 故 障 兰种车间 实 时 调 度 问 题， 并 通 过算 例 进 行 了 验 证。 测 试 表 明，实 时 调 度 方 案一般 在１ ０－１ ２ 代 左 右 收 敛 ，而 车 间 出 现 故 障 时 由 于 路 径 库 中 的 Ａ Ｇ Ｖ备选路径 数 肖 降 低，路 径 优 化 计 算 过 程 收 敛 速 度 加 快，便 于 实 现 系 统 快 速 响 应。同 时， 优化 过 程 中 调 度 方 案 的 适 应 度 值 逐 步 提 高， 显 著 地 减 少 了 堵 塞 次 数 和 转 弯 次 数 ， 提 高 了 多 Ａ Ｇ Ｖ 系 统 的 组 合 导 航 控 制 与 调 度 方 法 研 究 系 统 的 效 率 和 稳定性。 此 外， 本 文 介 绍 了 调 度 系 统 中 的 车 间 地 图 生 成 、 无线 信 息 传 输 和 Ａ Ｇ Ｖ 调 度 控 制模块， 并 通 过 仿 真 模 块 对 调 度 系 统 中 相 关 功 能 进 行 了 验 证。 本文 给 出 了 多 ＡＧＶ 系 统 组 合 导 航 定 位 问 题 和 实 时 调 度 问 题 的 求 解 方 法 ， 并 且 给 出 了 调 度 系 统 中 组 合 导 航硬件部 分 ， 路 径 优 化算法Ｗ 及 软 件 部 分 调 度 相 关功能实现 的 的 关 键 技 术 及 系 统 原 型 。 本文 方 法有 助 于 解 决 生 产 车 间 内 的 多 Ａ Ｇ Ｖ 调 度 问 题 ， 可 望 推 广 应  用 于 港 口、 机 场 、 物流仓储 等 其 他 领域 的 多Ａ Ｇ Ｖ调 度 问 题 求 解 。