AGV自動導引小車控制系統(tǒng)研究.pdf

1、自動導航小車(AGV)控制系統(tǒng)是AGV的運動控制部件，對AGV的平穩(wěn)運行起著重要的作用。隨著新的控制算法的應用和電子技術的發(fā)展，AGV正朝著高速、高精度、開放化、智能化、網(wǎng)絡化發(fā)展，對運動控制系統(tǒng)也提出了更高的要求。AGV要實現(xiàn)高速、高精度的位置控制和軌跡跟蹤，必須依賴先進的控制策略和優(yōu)良的運動控制系統(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行運動控制系統(tǒng)的設計。論文中研究了自動導航小車控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方案，系統(tǒng)

2、的軟件設計采用的了基于嵌入式實時系統(tǒng)的設計方法，電機的速度控制采用了先進的模糊PID控制技術。 論文主要圍繞如下幾個方面的進行了研究工作： 1.給出了AGV車體結構，包括AGV性能指標和總體結構，著重介紹了直流電機的仿真模型和AGV運動學模型，推導出直流電機的相關參數(shù)，從理論上分析了AGV小車的運動狀態(tài)和運動方式。 2.介紹芯片選型的相關原則并設計了AGV小車控制系統(tǒng)硬件電路，再詳細的介紹嵌入式處理器選型及設計、

3、存儲器擴展，然后著重講述了控制電路的設計方法，接口電路的設計；完成了電機驅(qū)動電路以及導引信號控制器的設計；根據(jù)AGV的功能要求設計了應用于AGV的傳感器系統(tǒng)，包括超聲傳感器、電磁導引傳感器的設計。在本文設計中的各個功能模塊，均采用嵌入式方案進行設計與實現(xiàn)。對于一個嵌入式應用系統(tǒng)，硬件設計是實現(xiàn)整個系統(tǒng)的基礎，同時它也關系到整個系統(tǒng)的性能。 3.說明了AGV軟件系統(tǒng)的設計方法，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；實時性好，即系統(tǒng)有能預見性的反應速度；能夠?qū)崿F(xiàn)多任務處理能力。 4.傳統(tǒng)AGV運動控制常采用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，機器人的位置、速度和方向角作為控制輸出。在實際系統(tǒng)中，位置、速度、方向角的期望值變化，實際道路情況的改變

5、，轉(zhuǎn)動慣量、重心位置的偏差或變化，兩車輪及驅(qū)動的不一致性等，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)成功的運用于移動機器人和自主車輛。由于AGV運行環(huán)境的復雜性和不確定性，很難對其建立精確的模型，而模糊控制的優(yōu)點就是不需要建立被控對象的精確的數(shù)學模型。因此，模糊控制很適合于AGV的控制。針對此問題，本文設計了相應的模糊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、設計方案；應用MATLAB的SIMULINK模塊實現(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的軟件設計方法，將模糊控制器程序?qū)崿F(xiàn)并移植到ARM控制器上；并且設計了一個調(diào)節(jié)器使AGV具有準確的跟蹤路徑能力，從而提高了行使精度。 5.應用開發(fā)中，編寫驅(qū)動程序是一個重要步驟，驅(qū)動程序設計的好壞直接影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和運行效率。Clinux驅(qū)動程序編寫首先需要了解Linux下設備管理及驅(qū)動模塊的實現(xiàn)。

7、編寫了?Clinux驅(qū)動程序和AGV控制系統(tǒng)各模塊的程序，包括串口、網(wǎng)卡以及Flash驅(qū)動程序。根據(jù)AGV工作方式和工作狀態(tài)分別設計了AGV控制系統(tǒng)上位機(主控機)軟件、下位機(車載機)軟件以及各控制程序模塊。上位機軟件的主要功能是路徑規(guī)劃設計、應用系統(tǒng)接口、通過無線通訊系統(tǒng)向車載機發(fā)送AGV的運行任務及接收AGV車載機發(fā)送回來的AGV當前工作狀態(tài)。下位機軟件的主要功能是通過無線通訊系統(tǒng)接收主控機下達的運行任務完成AGV運動方向和運動速