CN104122895A一种基于自适应pid的agv导航方法

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所属分类:AGV专利检索

CN104122895A一种基于自适应pid的agv导航方法

CN104122895A一种基于自适应pid的agv导航方法


摘要
本发明公开了一种基于自适应PID的AGV导航方法,应用该方法的小车开始运行时传感器阵列开始自动采集磁位置信号;首先通过平滑滤波去掉噪声,让输入更加准确;然后通过移动窗滤波滤去由于磁力线分布不均匀的噪声;如果读取到转弯卡,则需要启动左右滤波滤除路口多余节点带来的噪声;然后将去噪的状态码输入偏差作为PID控制的输入,通过自适应的PID参数调节输出较优的左右轮速度差;然后通过电机差速控制单元去控制电机转速,保障巡线正常运行。该导航方法控制小车使得小车巡线速度大大加快,分叉路口转弯成功率高,动态摆动幅度小,静态偏差很小,在局部出现磁条损坏下,仍可巡线,在一定的干扰下,可以在小于10个周期内返回线上。
公开号 CN104122895 A
发布类型 申请
专利申请号 CN 201410396809
公开日 2014年10月29日
申请日期 2014年8月13日
优先权日 2014年8月13日
公告号 CN104122895B
发明者 包壁桢, 肖骥, 何敏, 徐斌
申请人 成都四威高科技产业园有限公司
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说明
-种基于自适应PID的AGV导航方法
技术领域

[0001] 本发明涉及自动控制领域,特别是一种基于自适应PID的AGV导航方法。

背景技术

[0002] 目前AGV(自动引导小车)已经成为智能制造、先进物流以及数字化工厂中的重要 设备,作为方便工厂运输、提高生产效率具有非常重要的作用。而所谓自动引导,即是沿着 指定轨迹运行,目前常见的巡线导航有光电传感器、视觉、激光和磁导航传感器等等,对于 光电传感器,配合黑白胶带整体便宜、简单,但是信号很容易因为地面不平导致不稳、胶带 易受灰尘、垃圾影响等,导致巡线不能很稳定;视觉可视范围大,对线的要求不高,但是很容 易受光线影响,且视频采集处理卡价格不菲,采样频率不高。而实际中的工厂的环境相当恶 劣,灰尘、铁屑、地面不平、推车叉车和人为踩踏等造成光电和视觉很难工程化,所以磁导航 成为一种工厂可行的方法。

[0003] 目前行业内的磁导航方式也是各式各样,各有各的特点,有单排模拟的、有前后两 排方式的、也多个阵列式的、也有单排数字的,而单排磁传感器是成本较低的方式,但是由 于相比阵列或者多排,少了一些位置的状态,特别是PID的参数确定,由于其控制模型和实 际情况具有较大耦合性,很难单一地,统一地确定其控制参数,因此从高速、稳定的目的出 发很难有基于单排比较成功的控制方式,但是我们从工业高速稳定的AGV使用需求以及成 本考虑,通过理论计算和实践,发明出一种基于单排数字信号的磁条导航的高速稳定运行 的方法,经试验和产品在实际工厂中的运行反馈,该方法较其他导航方法有效。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种使用单排磁导航,AGV运行速度 快、交叉路口转弯成功率高,动态摆幅小,在局部磁条损坏下仍可巡线的基于自适应PID的 AGV导航方法。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于自适应PID的AGV导航方 法,它包括以下步骤: S1,采样:根据传感器的输出接口,采用对应的采样方式对传感器进行采样,将传感器 的状态信息上传给控制板; 52, 平滑滤波:对步骤S1采集的传感器状态信息进行滤波处理,消除因磁条本身制造 时分布不均匀、转弯处磁条相交磁场分布不均匀、AGV本身震动以及电机电流突变所引入的 噪声信号; 53, 移动窗滤波:移动窗去寻找长度为设定窗长的数据,并且将不满足窗长的数据平滑 掉,滤去由于磁力线分布不均勻的噪声; 54, 左右滤波:如果AGV在路口将会由射频卡提醒AGV将向左或者向右运行,向左则以 左边传感器的状态为准,向右则以右边传感器的状态为准,过滤掉其余方向上的信号; 55, 状态码分配:根据AGV与线的偏差来进行状态的取值,根据上一时刻的状态来确定 状态码,用状态码描述AGV的偏离摆正状态,偏差较大时使用较大的状态码; S6,自适应PID计算:将步骤S5得到的状态码作为控制算法的输入,通过实验数据的最 优拟合公式计算出的PID参数对小车行驶进行控制,使得小车静态摆幅小、动态幅度小、速 度较快且能巡曲率较大的线。

[0006] S7,控制电机差速:通过步骤S6所产生的左右轮电机控制输入占空比之间的差 值,转化为相应的PWM以控制左右两电机的差速运行,使巡线正常运行。

[0007] 所述的平滑滤波采用中值滤波技术。

[0008] 所述的采样方式为TTL方式 所述的传感器为磁传感器。

[0009] 所述的状态包括摆正;左偏,右转;右偏,左转;状态码0表示摆正,状态码为负表 示左偏,右转,状态码为正表示右偏,左转,传感器阵列与磁条偏差较大时状态码绝对值也 较大。

[0010]所述的 PID 计算最右拟合公式为 P=f (V,error)P0, 1= f(v, error) 10, D= f(v, error)DO,其中P0、10、DO为仿真和试验景点参数值,f(v, error)为通过试验数据最 优拟合公式。

[0011] 所述的采样频率大于计算处理、电机的执行频率,使得计算输入和电机控制能持 续进行,采样频率需满足大于最高速度更新线宽频率两倍以上。

[0012] 本发明的有益效果是:该导航方法控制小车使得小车巡线速度大大加快,分叉路 口转弯成功率高,动态摆动幅度小,静态偏差很小,在局部出现磁条损坏下,仍可巡线,在一 定的干扰下,可以在小于10个周期内返回线上。

附图说明

[0013] 图1为AGV导航方法原理框图; 图2为移动窗滤波原理; 图3为左右滤波原理。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于 以下所述。

[0015] 如图1、图2和图3所示,一种基于自适应PID的AGV导航方法,它包括以下步骤: S1,采样:根据传感器的输出接口,采用对应的采样方式对传感器进行采样,将传感器 的状态信息上传给控制板; 52, 平滑滤波:对步骤S1采集的传感器状态信息进行滤波处理,消除因磁条本身制造 时分布不均匀、转弯处磁条相交磁场分布不均匀、AGV本身震动以及电机电流突变所引入的 噪声信号; 53, 移动窗滤波:移动窗去寻找长度为设定窗长的数据,并且将不满足窗长的数据平滑 掉,滤去由于磁力线分布不均勻的噪声; 54, 左右滤波:如果AGV在路口将会由射频卡提醒AGV将向左或者向右运行,向左则以 左边传感器的状态为准,向右则以右边传感器的状态为准,过滤掉其余方向上的信号; 55, 状态码分配:根据AGV与线的偏差来进行状态的取值,根据上一时刻的状态来确定 状态码,用状态码描述AGV的偏离摆正状态,偏差较大时使用较大的状态码; 56, 自适应PID计算:将步骤S5得到的状态码作为控制算法的输入,通过实验数据的最 优拟合公式计算出的PID参数对小车行驶进行控制,使得小车静态摆幅小、动态幅度小、速 度较快且能巡曲率较大的线。

[0016] S7,控制电机差速:通过步骤S6所产生的左右轮电机控制输入占空比之间的差 值,转化为相应的PWM以控制左右两电机的差速运行,使巡线正常运行。

[0017] 所述的平滑滤波采用中值滤波技术。

[0018] 所述的采样方式为TTL方式 所述的传感器为磁传感器。

[0019] 所述的状态包括摆正;左偏,右转;右偏,左转;状态码0表示摆正,状态码为负表 示左偏,右转,状态码为正表示右偏,左转,传感器阵列与磁条偏差较大时状态码绝对值也 较大。

[0020] 所述的 PID 计算最右拟合公式为 P=f (V,error)P0, 1= f(v, error) 10, D= f(v, error)DO,其中P0、10、DO为仿真和试验景点参数值,f(v, error)为通过试验数据最 优拟合公式。

[0021] 所述的采样频率大于计算处理、电机的执行频率,使得计算输入和电机控制能持 续进行,采样频率需满足大于最高速度更新线宽频率两倍以上。传感器阵列、平滑滤波、移 动窗滤波、左右滤波、状态分配、自适应PID以及控制电机差速成级联关系,而AGV由于控制 电机差速单元导致位置变化,然后通过传感器阵列形成反馈。

[0022] AGV上电运行在建立好的AGV路径上,AGV开始运行时传感器阵列开始自动采集磁 位置信号;首先通过平滑滤波去掉噪声,让输入更加准确;然后通过移动窗滤波滤去由于 磁力线分布不均匀的噪声;如果读取到转弯卡,则需要启动左右滤波单元滤波路口多余节 点带来的噪声;然后将去噪的状态码输入偏差作为PID控制的输入,通过自适应的PID参数 调节输出较优的左右轮速度差;然后通过电机差速控制单元去控制电机转速;最后巡线正 常运行。
权利要求(7)
1. 一种基于自适应PID的AGV导航方法,其特征在于:它包括以下步骤: S1,采样:根据传感器的输出接口,采用对应的采样方式对传感器进行采样,将传感器 的状态信息上传给控制板; 52, 平滑滤波:对步骤S1采集的传感器状态信息进行滤波处理,消除因磁条本身制造 时分布不均匀、转弯处磁条相交磁场分布不均匀、AGV本身震动以及电机电流突变所引入的 噪声信号; 53, 移动窗滤波:移动窗去寻找长度为设定窗长的数据,并且将不满足窗长的数据平滑 掉,滤去由于磁力线分布不均勻的噪声; 54, 左右滤波:如果AGV在路口将会由射频卡提醒AGV将向左或者向右运行,向左则以 左边传感器的状态为准,向右则以右边传感器的状态为准,过滤掉其余方向上的信号; 55, 状态码分配:根据AGV与线的偏差来进行状态的取值,根据上一时刻的状态来确定 状态码,用状态码描述AGV的偏离摆正状态,偏差较大时使用较大的状态码; 56, 自适应PID计算:将步骤S5得到的状态码作为控制算法的输入,通过实验数据的最 优拟合公式计算出的PID参数对小车行驶进行控制,使得小车静态摆幅小、动态幅度小、速 度较快且能巡曲率较大的线。 2. S7,控制电机差速:通过步骤S6所产生的左右轮电机控制输入占空比之间的差值 (修改之处),转化为相应的PWM以控制左右两电机的差速运行,使巡线正常运行。
3. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法,其特征在于:所述的 平滑滤波采用中值滤波技术。
4. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法,其特征在于:所述的 米样方式为TTL方式。
5. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法,其特征在于:所述的 传感器为磁传感器。
6. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法,其特征在于:所述的 状态包括摆正;左偏,右转;右偏,左转;状态码〇表示摆正,状态码为负表示左偏,右转,状 态码为正表不右偏,左转,传感器阵列与磁条偏差较大时状态码绝对值也较大。
7. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法,其特征在于:所述的 PID 计算最右拟合公式为 P=f (V,error) P0, 1= f (V,error) 10, D= f (V,error) DO,其中 P0、 I〇、DO为仿真和试验景点参数值,f(v,error)为通过试验数据最优拟合公式。
8. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法,其特征在于:所述的 采样频率大于计算处理、电机的执行频率,使得计算输入和电机控制能持续进行,采样频率 需满足大于最高速度更新线宽频率两倍以上。

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