AGV移动小车运动控制系统的设计与实现

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所属分类:AGV设计资料
摘要

目前随着自动化产业和物流产业不断的发展,工厂和仓库内所需搬运的货物量也越来越大。目前大部分的货物仍然是由工人来搬运的,这样不仅造成工人工作强度高,而且导致企业生产效率低下、用人成本高,严重影响企业的竞争力。随着自动化技术的发展,为了逐渐取代人工搬运,应用于自动化工厂以及物流仓库搬运的AGV(Automated Guided Vehicle)移动小车的需求也越来越大。本论文针对快递公司的物流仓库货物搬运设计了完全自主移动的AGV小车,AGV移动小车的运动控制是AGV小车实现从指定起始点到目标定点任务的重要环节。目前工业中运动控制的算法主要为PID,PID算法虽然简单,但是存在稳态误差较低、响应速度较慢等缺点,本论文为了解决这些缺点,在建立AGV移动小车系统模型的基础上,提出了针对移动小车的滑模运动控制算法,搭建了AGV移动小车运动控制平台,设计了运动控制软程序流程并编程实现,通过实验验证所提出的滑模运动控制算法进行速度跟踪的良好效果。本文针对AGV移动小车的技术指标以及工作任务,搭建了AGV小车运动控制系统的硬件平台,包括整个硬件平台中硬件的设计与选型、硬件之间的连接方式。基于AGV移动小车的硬件平台,对运动控制软件方案进行了设计,其中包括运动控制软件流程设计、超声波防撞方案设计、运动控制器和工控机之间的自定义通讯协议方案设计。运动控制硬件平台中左右两轮的无刷直流伺服驱动电机的理想输入速度来自于工控机通过路径跟踪规划出来的速度,而工控机路径跟踪规划的理想速度是AGV移动小车质心的线速度和角速度,为了得到AGV移动小车质心速度与AGV移动小车两驱动伺服电机的理想输入速度之间的关系,建立了AGV移动小车的运动学模型。AGV小车运动控制的核心是对无刷直流伺服驱动电机进行控制实现速度跟踪,本论文在建立了无刷直流伺服驱动电机的数学模型下,设计了一种基于电机模型的滑模运动控制算法。针对所提出的滑模运动控制算法,利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,通过MATLAB仿真的数值结果表明该运动控制算法的可行性、鲁棒性和低斗振性,最终通过实验证明所提出的滑模运动控制算法的可行性、鲁棒性和低斗振性,其速度跟踪效果优于传统的增量式PID算法,通过AGV移动小车的圆重复定位精度的测量验证整个运动控制系统的可行性。

目 录
AGV移动小车运动控制系统的设计与实现
摘 要
Abstract

第 1 章 绪 论

1.1 课题来源
1.2 课题的背景和意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 AGV 移动小车的研究现状
1.3.2 AGV 伺服驱动电机控制算法的研究现状
1.4 本文的主要研究内容

第 2 章 AGV 运动控制系统的设计

2.1 引言
2.2 AGV 移动小车的主要结构和技术指标
2.2.1 AGV 移动小车的工作环境
2.2.2 AGV 移动小车结构
2.2.3 AGV 移动小车技术指标
2.3 AGV 移动小车运动控制系统硬件平台搭建
2.3.1 AGV 移动小车运动控制硬件平台方案设计
2.3.2 AGV 移动小车超声波传感器的布局与测试
2.4 AGV 移动小车运动控制系统软件流程方案设计
2.4.1 AGV 移动小车运动控制系统软件工作流程
2.4.2 AGV 移动小车超声波防撞方案设计
2.4.3 AGV 移动小车运动控制器与工控机通讯协议方案设计
2.4.4 AGV 移动小车运动控制软件界面的设计
2.5 本章小结

第 3 章 AGV 移动小车模型建立与分析

3.1 引言
3.2 AGV 移动小车运动学建模
3.2.1 AGV 移动小车的坐标系建立
3.2.2 AGV 移动小车运动学建模与分析
3.3 AGV 移动小车驱动电机数学建模的建立
3.3.1 AGV 移动小车驱动电机数学简化模型
3.3.2 电机增量式 PID 速度跟踪 MATLAB 仿真
3.4 本章小结

第 4 章 AGV 运动控制算法设计

4.1 引言
4.2 滑模控制
4.2.1 滑动模态
4.2.2 滑模面函数
4.2.3 滑模控制趋近律
4.3 基于电机模型的滑模控制器的设计
4.4 驱动电机基于滑模控制算法速度跟踪 MATLAB 仿真
4.5 本章小结

第 5 章 实验结果与分析

5.1 引言
5.2 实验结果及分析
5.2.1 滑模控制器可行性的验证
5.2.2 滑模控制器鲁棒性的验证
5.2.3 滑模控制器抖振性的验证
5.2.4 滑模控制器与增量式 PID 控制器控制效果对比验证
5.2.5 AGV 移动小车圆重复定位精度的验证
5.3 本章小结
结 论.

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限
致 谢

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