AGV小車的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

張瑜潔 劉懿鋒

摘要：本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)導(dǎo)引小車運(yùn)用了時(shí)下比較先進(jìn)且普遍采用的PIC控制器，另外還搭配運(yùn)用了成本不高的紅外導(dǎo)引裝置，此外，還運(yùn)用了高傳輸速率的CAN-BUS來(lái)實(shí)現(xiàn)各模塊的通信，這便能夠使小車在維持成本不變的前提下，進(jìn)行高速率行駛，因而可以大幅提升無(wú)人操作車間的整體效率。本文就自動(dòng)導(dǎo)引小車系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的總體設(shè)計(jì)思路作一探討。

關(guān)鍵詞：AGV；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車簡(jiǎn)稱為AGV，實(shí)際是指配置有自動(dòng)導(dǎo)引裝置（如電磁或光學(xué)等），可以沿著事先設(shè)定好的導(dǎo)引路徑來(lái)維持行駛狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種移載功能，且能可以提供安全保護(hù)的運(yùn)輸小車。從本質(zhì)層面來(lái)講，AGV乃是輪式移動(dòng)機(jī)器人的一種比較特殊的應(yīng)用形式。對(duì)于AGV而言，其實(shí)為一種無(wú)人駕駛自動(dòng)化車輛，其將電池作為其動(dòng)力源泉，并配有非接觸導(dǎo)向裝置，能夠在計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控下，依據(jù)既定路線與路徑，使小車比較行駛至指定位置或地點(diǎn)，最終完成諸多作業(yè)功能。

1.AGV控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)AGV而言，其主要由如下部分構(gòu)成：（1）電源管理。在處于工作過(guò)程中，向其提供兩種類型的電源，即24V與5V，另外還能進(jìn)行電源檢測(cè)。（2）主機(jī)模塊。協(xié)調(diào)系統(tǒng)各項(xiàng)功能，并能進(jìn)行集中處理。（3）光電檢測(cè)。檢測(cè)并引導(dǎo)小車的運(yùn)動(dòng)方向。（4）電機(jī)控制。依據(jù)光電檢測(cè)信息，對(duì)電機(jī)動(dòng)作進(jìn)行相應(yīng)控制。（5）障礙檢測(cè)。檢測(cè)小車運(yùn)動(dòng)方向區(qū)域內(nèi)的障礙物。（6）故障判斷。集中處理系統(tǒng)故障，并進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，提供各項(xiàng)故障信息。（7）聲光報(bào)警。依據(jù)故障判斷功能所提供的故障信息，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信息。針對(duì)各模塊而言，利用CAN總線能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)性、不間斷性通信；在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，主機(jī)模塊為其決策中心，各模塊均能完成自身的基本功能。

2.AGV控制系統(tǒng)導(dǎo)引方法分析

借助于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)AGV相應(yīng)運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行引導(dǎo)，將一條反光率比較穩(wěn)定的色帶鋪設(shè)于運(yùn)行路徑上，另外，車上還配置有可以接收反射光以及發(fā)射光源的信號(hào)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)比較，因本文所模擬的是車間標(biāo)準(zhǔn)的水泥路面，因而其在反射效果方面接近于黑帶，在對(duì)比效果上并不突出，因此，本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了與水泥地面相比，在反射差方面較大的白帶，如此一來(lái)，便能比較方便的獲得光電傳感器的各項(xiàng)數(shù)值，所以，可借此對(duì)車輛運(yùn)行方向加以判斷。

針對(duì)AGV而言，對(duì)導(dǎo)向路徑識(shí)別的相應(yīng)實(shí)時(shí)性決定著其運(yùn)行速度，為了能夠最大程度簡(jiǎn)化識(shí)別算法，可選用光電傳感器5只，對(duì)行駛路線進(jìn)行判斷。當(dāng)處于常規(guī)狀態(tài)下，4#、2#、3#光電傳感器可以檢測(cè)到系統(tǒng)當(dāng)中的強(qiáng)反射，而對(duì)于5#、1#而言，其放射光相比于閥值偏低。如若4#或2#與事先設(shè)定好的路線存在偏離的情況，那么此時(shí)與之同側(cè)的轉(zhuǎn)輪電機(jī)轉(zhuǎn)速，便會(huì)持續(xù)向增量方向調(diào)節(jié)，直至光電傳感器再次檢測(cè)出強(qiáng)反射，對(duì)于此時(shí)的電機(jī)來(lái)講，其轉(zhuǎn)速便會(huì)回至初始值。針對(duì)5#、1#傳感器而言，主要用作判斷轉(zhuǎn)向，如若其輸出大于閥值，表明已經(jīng)進(jìn)入到轉(zhuǎn)向路口，那么位于同側(cè)的電機(jī)便會(huì)減速，指導(dǎo)傳感器輸出偏小，且小于閥值。對(duì)于此方法而言，不僅簡(jiǎn)單易行，而且操作簡(jiǎn)便，而為了能夠得到比較準(zhǔn)確的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，選用直流無(wú)刷電機(jī)為佳。

3. AGV控制系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)模型

對(duì)于AGV控制系統(tǒng)而言，其主要有兩種數(shù)學(xué)模型，其一為運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，其二是動(dòng)力學(xué)模型。針對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型來(lái)講，多依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)基本理論，將車速與伺服電機(jī)端電壓之間的關(guān)系求出來(lái)，在此模型當(dāng)中，自動(dòng)導(dǎo)引小車的速度除了與電機(jī)電樞回路的相應(yīng)時(shí)間常數(shù)之間相關(guān)之外，還與電機(jī)端電壓相關(guān)，忽略了摩擦阻力、車體質(zhì)量等對(duì)車速可能產(chǎn)生的影響，所以，以自動(dòng)導(dǎo)引小車為基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，將其作為控制系統(tǒng)，在控制效能上并不佳。而針對(duì)動(dòng)力學(xué)模型而言，其基于車體動(dòng)力學(xué)，將車體質(zhì)量、電機(jī)端電壓以及多種阻力對(duì)車速所造成的影響考慮在內(nèi)，也就是把速度與力之間的關(guān)系，劃歸至自動(dòng)導(dǎo)引小車所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)引方程當(dāng)中，因此，以自動(dòng)導(dǎo)引小車動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，所作出的控制系統(tǒng)，在靜態(tài)精度與動(dòng)態(tài)特性方面，相比于以運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，要好一些。如果對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引小車的穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)特性有較高要求時(shí)，可將動(dòng)力學(xué)模型作為首選。

4.以DSPACE為基礎(chǔ)的模糊控制器設(shè)計(jì)

設(shè)定控制系統(tǒng)的輸出為y，輸入為單位階躍信號(hào)r，誤差導(dǎo)數(shù)de，誤差e，被控對(duì)象的輸入u；對(duì)于模糊控制器而言，其與e對(duì)應(yīng)的輸出為e1、de1，而與de對(duì)應(yīng)的輸出為u1、e1、de1、e2、de2、u1，而論域的取值范圍是[-6+6]，取5個(gè)語(yǔ)言值，即正大PB、正小PS、零ZR、負(fù)小NS、負(fù)大NB。ZR取三角形隸屬度函，而PB、NS、NB、PS取梯形隸屬度函數(shù)。因系統(tǒng)實(shí)為兩輸出、單輸入，那么可以選用的模糊控制規(guī)則：IF< E is PB > THEN< de1 is PB and de2 is NS>?；谙嚓P(guān)控制規(guī)則與隸屬度函數(shù)，借助于模糊推理系統(tǒng)編輯器，便能構(gòu)建一個(gè)FIS文件，名mhkz.fis。設(shè)定系統(tǒng)開(kāi)始輸入非0，也就是在導(dǎo)引線上啟動(dòng)。且依據(jù)所得各類試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為保障AGV小車有著比較穩(wěn)定的啟動(dòng)功率，PWM值不能過(guò)小，對(duì)此，選取兩個(gè)值0.75與1，即NB時(shí)PWM值為1，NS、PS為0.75。

因運(yùn)用的是光電導(dǎo)引的方式，在得到小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相關(guān)試驗(yàn)時(shí)，邏輯運(yùn)算變?yōu)樽罴逊绞剑柚贒SPACE仿真控制，本文選用了模糊控制算法。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上，本文針對(duì)AGV小車，構(gòu)建了AGV控制系統(tǒng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與相關(guān)控制方法，且分別從應(yīng)用與理論方面，對(duì)AGV控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。最終得知，AGV地面系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路乃是可靠與正確的，其有著廣泛的應(yīng)用前景與價(jià)值。

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