单舵轮激光导引AGV控制器的设计与实现

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所属分类:AGV设计资料
摘要

AGV(Automated Guided Vehicle)具有自动化程度高、安全、灵活等特点,因而广泛应用于汽车制造、机械加工等自动化生产以及仓储系统物料的搬运和供应。随着工业自动化水平的提高,作为移动机器人的一种,AGV逐渐成为企业内部物流系统的重要组成部分。AGV集声、光、电、计算机技术于一体,而导引控制是研究AGV的关键技术之一。本文以单舵轮式激光导引AGV原型机为研究对象,对AGV的导引控制算法进行研究,设计并实现了激光导引AGV模糊PID控制器。

首先,本文分析了 AGV底盘结构和运动特性的关系,建立了单舵轮激光导引AGV运动学模型;在此基础上,通过电机物理学公式,抽象出驱动系统的传递函数,进而创建被控系统的状态空间表达式;然后对系统动、静态特性进行分析,结果显示系统单位阶跃响应发散,系统处于临界稳定状态,且完全能控能观,可进行状态反馈极点配置。

其次,设计了状态反馈控制器,通过线性二次型最优控制算法计算出该控制器的最优状态反馈参数。仿真实验显示,系统单位阶跃响应收敛,证明被控系统通过状态反馈控制器可以实现稳态输出,但由于建模条件过于理想,AGV在实际运行过程中纠偏效果并不显著。因此引入了模糊控制理论,设计了模糊控制器,作用于激光导航AGV,通过导航仪动态跟踪,输出AGV平面坐标、车体方位角,计算路径偏差量,进而与没有加模糊控制器的系统进行对比。实验证明所设计的模糊控制器能够在初始位置偏离参考路径较小的状况下达到工艺基本要求,但对于偏离参考路径较大的情形,纠偏速度仍然不够理想。

在前面分析的基础上,本文设计了单舵轮激光导引AGV的PID调节器和模糊控制器,并进一步结合二者优点,在控制回路中串联PD调节器与模糊控制器,通过导航仪动态跟踪输出AGV平面坐标和车体方位角来计算路径偏差量,通过角度编码器来跟踪舵轮转角,从而设计出模糊PID控制器。

最后,大量仿真对比实验表明,本文设计的激光导引AGV模糊PID控制器对于偏离参考路径较大的情况,纠偏速度较快,系统稳定性较好,而且动态响应快、跟踪误差小、鲁棒性好,能适应多种复杂环境。

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