基于模糊控制的AGV差速转向控制算法研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

针对磁导航自动引导小车转向控制问题,该文建立了AGV差速转向运动学模型,该模型主要是通过将转弯圆弧划分为若干个小圆弧分段求解得到。由于AGV转向控制模型具有非线性和非完整约束特性,传统的PID控制会使车辆偏差产生较大的跳变,影响小车转向的稳定性和准确性,而采用模糊控制可以有效改善这种情况。最后,运用Matlab/Simulink进行模型仿真。结果表明,采用模糊控制可以提高AGV车转向的快速性和准确性,提高了模型的实用性。另外,模糊控制算法在单片机控制系统上易实现,有利于实际工程应用。

自动引导小车 AGV(automated guided vehicle) 属于一种轮式机器人, 目前广泛地应用于智能仓 储、 物流搬运系统、 港口物流、 危险运输等行业。 AGV 的特点是无人驾驶,其实现主要依托导航和导 引系统。 目前 AGV 的导航技术主要包括视觉导航、 GPS 导航、激光导航、磁带导引等方式[1]。 其中磁带导引是指在地面铺设磁带作为 AGV 的路径, 通过 车体上的磁导航传感器感应磁条的位置,传感器将 信号传输到控制系统完成 AGV 的路径跟踪过程。 磁带导引凭借其稳定性高、抗干扰性强、成本较低 的优点被广泛应用于工程领域。

AGV 的负载一般较大,因此自身存在较大的惯性。 工业现场的路径均存在各种类型的转弯,如何 实现快速、安全地转向是 AGV 路径跟踪的一个主 要内容。由于磁导航传感器的精确度有限以及 AGV 本身的非完整约束特性和非线性,传统的控制方法 要实现良好的转向性能需要的算法很复杂,在单片 机控制系统上很难实现。 故本文采用模糊控制[2]来 设计 AGV 的差速转向系统。

1 AGV 运动学模型

本文设计的磁导航 AGV 采用四轮式结构,车 身前部 2 个轮子为万向轮, 后部 2 个轮子为驱动 轮。 驱动轮分别由 2 个独立的直流电机驱动,通过 控制 2 个驱动轮的转速,利用二者之间的差速实现 转向,即差速转向控制[3]。

AGV 运动学模型[4]的建立基于以下几点假设:

(1)AGV 轮子与地面之间不发生相对滑动;

(2)AGV 所在平面是平整的,即 AGV 模型的建 立基于基准坐标系 xOy,只有二维空间的运动;

(3)万向轮可以完全跟随驱动轮的运行状态;

(4)铺设的磁道是连续的,宽度的精确度在误 差允许范围之内。

路径引导示意如图 1 所示。 图中弧线是 AGV 转向的路径,A 点是 2 个驱动轮的中心点,B 点是磁 导航的中心位置,H 是 2 个驱动轮之间的距离,R 是 驱动轮的半径,L 是车体的有效转向长度,α 角是车 体偏离转弯路径切线方向的角度。

基于模糊控制的AGV差速转向控制算法研究

图 1 路径引导示意


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