基于PLC的磁导航AGV路径跟踪模糊控制研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

由于AGV具有非线性和非完整约束特性,导致很难对其建立精确的数学模型,用传统的控制方法进行控制会产生严重的滞后,造成轨迹跟踪时会产生较大的偏差且不能及时纠正,对AGV导航精度造成很大影响。而模糊控制是一种非线性控制方法,可以有效改善这种情况。设计了用于AGV路径跟踪的模糊控制器,并阐述了此模糊控制器在西门子PLC上的实现方法。经现场实测,运用此模糊控制器的AGV有良好的导航精度,纠偏迅速。

0 前言

自动引导小车 AGV(automated guided vehicle),是现代物流系统中的重要成员[1],它具有自动化集成度高、柔性好、可靠性高、自动导航运行、安装便利及使用方便等特点[2]。AGV 的导航方式众多,包括视觉导航、GPS 导航、激光导航、磁带导引[3]。其中磁带导引由于实现简单,造价便宜,抗干扰能力强在工程领域应用最广。磁导航 AGV 的控制方法较常用的即传统的 PID 控制,文献[4]用双磁导引方式得出 AGV 的位置偏差和角度偏差然后用 pid 算法实现车速的控制,但由于 AGV 本身的非完整约束特性和非线性加上传感器精度不够[5],传统的控制方法控制效果不佳且实现复杂,在以 PLC 为核心的控制系统上很难实现。故本文采用模糊控制方法进行 AGV 路径跟踪控制。

1 AGV 总体结构和控制系统组成

本文设计的磁导航 AGV 由本体结构、电气控制单元和传感器检测单元三部分组成,其总体结构如图 1 所示。AGV 本体结构为六轮式结构,由位于车体中部驱动单元的两驱动轮和前后四个万向轮组成。两驱动轮由两个步进电机通过差速驱动实现 AGV直行、转向、避障等运动。

基于PLC的磁导航AGV路径跟踪模糊控制研究

图 1 AGV 结构示意图

电 控 单 元 中 采 用 西 门 子 S7 -200 系 列 PLCCPU224XP 作为主控制器,用 PTO 脉冲输出方式完成 AGV 加速启动和减速停止时的步进电机控制,PWM 脉冲输出方式完成轨迹跟踪时的电机控制。传感器检测单元由用于磁条路径检测的磁传感器和用于避障的超声波传感器和接触式防撞传感器组成,其中磁传感器为 AGV 的“眼睛”,通过读取磁条获取小车位置和偏移状态信息,主控制单元通过对其所得到的信息进行分析,得到不同偏移状态时的电机控制量,从而达到对 AGV 准确控制的目的。

2 AGV 循迹模糊控制器

2.1 AGV 循迹模糊控制器结构和模糊化

本文设计的模糊控制器为单输入 - 单输出(SISO)二维结构形式模糊控制器。位置偏差 e 和位置偏差变化率 ec 作为输入参数,输出量 u 则为两轮的角速度差。

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