磁导航AGV分段模糊PI控制器设计

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所属分类:AGV设计资料
摘要

为了提高3C产品的自动化生产效率,以STM32F407ZGT6单片机为系统控制器核心,对磁敏传感器组寻迹的滚筒式AGV设计了16位磁敏传感器的阵列布置形式,并根据此形式以及磁导引滚筒式AVG的寻迹约束条件和行走要求提出了路径的识别与轨迹跟踪算法,即分段模糊PI控制算法,以适应AGV小车在直行、转弯和停车三种状态下存在的位置偏差和角度偏差的控制。运用Matlab软件中Simulink模块搭建模糊控制器的仿真模型,对AGV的轨迹跟踪进行仿真,并进行了实际行走测试。AGV行驶时路径偏差保持在8mm以内,可保证AGV稳定准确地跟踪预设路径,且具有较强的鲁棒性。

引言

AGV在工业自动化生产线中适应性、柔性好,可稳定实现生产和搬运功能,因此被广泛应用。为解决AGV小车的鲁棒位置偏差控制问题,模糊控制也被广泛使用,但模糊控制器难以根据系统特性进行自适应的调整,容易产生稳态误差。国内方面,参考文献提出基于PLC系统的PID控制在仿真和实验分析,但是具有编程不灵、价格过高等缺点。本文以磁条作为导引路径,以SMT32F407ZGT6单片机作为控制核心,提出了一种集模糊控制与PI控制于一体的分段模糊PI控制算法,解决了滚筒式AGV在自动化生产线中路径的准确识别与快速跟踪精度不高的问题,使得AGV在工业自动化生产线中能够以高精度稳定运行。

1 AGV的基本结构分析

1.1 AGV的结构模型

文中所讨论的为差速六轮滚筒式AGV,要求车身尺寸为1100mm×677mm×660mm,最大载重为150kg,稳定行驶时保证路径偏差小于8mm、停车误差不超过5mm。磁传感器采集的偏差和驱动轮中心与磁条偏差同步,轮系由车体中间两个驱动轮和四个万向轮组成,以此来增强AGV的灵活性。文中磁敏传感器为16位NPN型开关量传感器,当磁敏传感器相应的位检测到磁条的有效信号时,该位输出高电平,位与位之间的距离L=10mm,若中间4个磁传感器同时输出高电平,则表明传感器在预设的路径中心正上方。磁敏传感器组在AGV小车中的具体布置结构模型如图1所示。

磁导航AGV分段模糊PI控制器设计

图1 AGV小车的结构模型

图1中,d为AGV小车在行驶过程中磁传感器获得的路径中心相对磁条的偏移量,即位置偏差;a为磁传感器感知的路径中心相对于预设路径中心线的偏转角,即角度偏差;在AGV行驶过程中,角度偏差很难通过测量获得,但可通过磁传感器的磁信号进行一些数据转换后,得到角度偏差的数值。

1.2 磁条中心位置检测

AGV在运动过程中,磁条与传感器的相对位置会出现3种情形:
①磁条被传感器完全覆盖,此时磁条中心位置是传感器连续获取信号的中心。
②磁条处于传感器边缘,若此时传感器上检测到磁信号的位数少于3,则自动补齐传感器外面的位,使有效位数为4,然后再计算磁条中心位置。
③磁条超出了传感器的感应距离,传感器丢线,此时沿用丢线之前的磁条中心位置作为当前采样周期的磁条中心位置,若连续丢线达到一定次数,则认为AGV失去自导引能力。

1.3 有效磁条选择

AGV在前进过程中,同一时刻可能会检测到多块磁条的存在:
①车子处在无分叉路段,则会比较当前所有磁条的中心位置,从多块磁条中选择中心位置最接近历史位置的一块磁条作为有效磁条。
②AGV进入分岔路段,则会根据RFID标签信号选择靠近分岔方向的那块磁条作为有效磁条,并将其中心位置视为检测到的路径中心位置。

1.4 路径跟踪
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