AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車控制系統(tǒng)研究.pdf

1、自動(dòng)導(dǎo)航小車(AGV)控制系統(tǒng)是AGV的運(yùn)動(dòng)控制部件，對(duì)AGV的平穩(wěn)運(yùn)行起著重要的作用。隨著新的控制算法的應(yīng)用和電子技術(shù)的發(fā)展，AGV正朝著高速、高精度、開放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)也提出了更高的要求。AGV要實(shí)現(xiàn)高速、高精度的位置控制和軌跡跟蹤，必須依賴先進(jìn)的控制策略和優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。在本文中，按照控制系統(tǒng)的要求，選定以ARM微處理器作為核心進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。論文中研究了自動(dòng)導(dǎo)航小車控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案，系統(tǒng)

2、的軟件設(shè)計(jì)采用的了基于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，電機(jī)的速度控制采用了先進(jìn)的模糊PID控制技術(shù)。 論文主要圍繞如下幾個(gè)方面的進(jìn)行了研究工作： 1.給出了AGV車體結(jié)構(gòu)，包括AGV性能指標(biāo)和總體結(jié)構(gòu)，著重介紹了直流電機(jī)的仿真模型和AGV運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，推導(dǎo)出直流電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，從理論上分析了AGV小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)方式。 2.介紹芯片選型的相關(guān)原則并設(shè)計(jì)了AGV小車控制系統(tǒng)硬件電路，再詳細(xì)的介紹嵌入式處理器選型及設(shè)計(jì)、

3、存儲(chǔ)器擴(kuò)展，然后著重講述了控制電路的設(shè)計(jì)方法，接口電路的設(shè)計(jì)；完成了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及導(dǎo)引信號(hào)控制器的設(shè)計(jì)；根據(jù)AGV的功能要求設(shè)計(jì)了應(yīng)用于AGV的傳感器系統(tǒng)，包括超聲傳感器、電磁導(dǎo)引傳感器的設(shè)計(jì)。在本文設(shè)計(jì)中的各個(gè)功能模塊，均采用嵌入式方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一個(gè)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，硬件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，同時(shí)它也關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能。 3.說明了AGV軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，引入了嵌入式操作系統(tǒng)的概念。著重介紹了?Clinux的

4、移植方法和移植過程并引導(dǎo)裝載程序Bootloader。使用?Clinux操作系統(tǒng)能最好的滿足AGV控制系統(tǒng)的要求，比如：系統(tǒng)足夠小，以滿足嵌入式系統(tǒng)的硬件要求；實(shí)時(shí)性好，即系統(tǒng)有能預(yù)見性的反應(yīng)速度；能夠?qū)崿F(xiàn)多任務(wù)處理能力。 4.傳統(tǒng)AGV運(yùn)動(dòng)控制常采用PID控制器，將AGV的位置、速度、航向角誤差及誤差變化率作為控制器的輸入，機(jī)器人的位置、速度和方向角作為控制輸出。在實(shí)際系統(tǒng)中，位置、速度、方向角的期望值變化，實(shí)際道路情況的改變

5、，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、重心位置的偏差或變化，兩車輪及驅(qū)動(dòng)的不一致性等，使得PID控制參數(shù)的全局整定極為困難。近年來，模糊控制已經(jīng)成功的運(yùn)用于移動(dòng)機(jī)器人和自主車輛。由于AGV運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性，很難對(duì)其建立精確的模型，而模糊控制的優(yōu)點(diǎn)就是不需要建立被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型。因此，模糊控制很適合于AGV的控制。針對(duì)此問題，本文設(shè)計(jì)了相應(yīng)的模糊PID控制器，可降低PID參數(shù)整定的難度，總體上提高系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。因此提出模糊PID控制器的

6、設(shè)計(jì)方案；應(yīng)用MATLAB的SIMULINK模塊實(shí)現(xiàn)的普通數(shù)字PID控制器與模糊PID控制器的比較；最后使用基于?Clinux的軟件設(shè)計(jì)方法，將模糊控制器程序?qū)崿F(xiàn)并移植到ARM控制器上；并且設(shè)計(jì)了一個(gè)調(diào)節(jié)器使AGV具有準(zhǔn)確的跟蹤路徑能力，從而提高了行使精度。 5.應(yīng)用開發(fā)中，編寫驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)重要步驟，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的好壞直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。Clinux驅(qū)動(dòng)程序編寫首先需要了解Linux下設(shè)備管理及驅(qū)動(dòng)模塊的實(shí)現(xiàn)。

7、編寫了?Clinux驅(qū)動(dòng)程序和AGV控制系統(tǒng)各模塊的程序，包括串口、網(wǎng)卡以及Flash驅(qū)動(dòng)程序。根據(jù)AGV工作方式和工作狀態(tài)分別設(shè)計(jì)了AGV控制系統(tǒng)上位機(jī)(主控機(jī))軟件、下位機(jī)(車載機(jī))軟件以及各控制程序模塊。上位機(jī)軟件的主要功能是路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)、應(yīng)用系統(tǒng)接口、通過無線通訊系統(tǒng)向車載機(jī)發(fā)送AGV的運(yùn)行任務(wù)及接收AGV車載機(jī)發(fā)送回來的AGV當(dāng)前工作狀態(tài)。下位機(jī)軟件的主要功能是通過無線通訊系統(tǒng)接收主控機(jī)下達(dá)的運(yùn)行任務(wù)完成AGV運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速