一種基于pid控制的背負(fù)型agv兩輪同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明應(yīng)用于自動導(dǎo)航車控制領(lǐng)域，涉及一種適用于兩輪驅(qū)動的自動導(dǎo)航車的兩 輪同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002] AGV(Automated Guided Vehicle，自動導(dǎo)引小車）是現(xiàn)在自動倉儲技術(shù)發(fā)展的趨 勢，是生產(chǎn)物流自動化先進(jìn)性的一個重要體現(xiàn)，它具有柔性運(yùn)輸、高效運(yùn)輸、節(jié)能環(huán)保、安全 可靠等功能，并且可以改善工作環(huán)境，大幅度節(jié)約勞動力成本，對提高生產(chǎn)自動化和生產(chǎn)效 率有著重要的意義。
[0003] AGV車型可按運(yùn)載類別、承載質(zhì)量、驅(qū)動型式、導(dǎo)引方式、移載方式分類。比如按 導(dǎo)引方式分類有：磁導(dǎo)引，激光導(dǎo)引，超聲導(dǎo)引，光反射檢測，慣性導(dǎo)航，圖像識別與坐標(biāo)識 別等；按移載方式分類有：側(cè)輥式，牽引式，跨鞍式，雙側(cè)推挽式，平衡式，雙側(cè)叉式，三向叉 式，低叉式，雙舉升式，龍門式，背負(fù)式等。
[0004] AGV小車主要由車體系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)、動力裝置及安全與輔助系統(tǒng)組成。車體 系統(tǒng)是AGV的硬件構(gòu)成，車載控制系統(tǒng)控制AGV的動作執(zhí)行和導(dǎo)航，動力裝置是AGV的運(yùn)行 動力來源。安全與輔助裝置提供避障措施，保證AGV的安全和可靠性。
[0005] 雙驅(qū)動背負(fù)式AGV配備磁地標(biāo)，可以進(jìn)行站點(diǎn)?？?，非常適合在空間不寬裕的場 合使用，也適用于特定的場合，如：電子廠或電子廠波峰焊流水線運(yùn)送模板。AGV車載控制 系統(tǒng)的主要作用是使驅(qū)動單元控制同步。驅(qū)動單元同步控制可實(shí)現(xiàn)AGV運(yùn)行過程中保持平 衡，具有適應(yīng)地形變化能力強(qiáng)，移動軌跡靈活易變的特點(diǎn)，并保證驅(qū)動功率較小，為電池長 時(shí)間供電提供了可能，有效地提高物流系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和運(yùn)行成本，故AGV中保證兩個 驅(qū)動單元同步的控制器設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有雙驅(qū)動背負(fù)式AGV實(shí)現(xiàn)的跟蹤同步性較差的不足，本發(fā)明提供了一 種基于PID控制的背負(fù)型AGV兩輪同步方法，通過調(diào)節(jié)兩個驅(qū)動輪的速度與角度姿態(tài)，獲取 兩輪速度差與角度姿態(tài)差來調(diào)整驅(qū)動模塊的姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤同步。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種基于PID控制的背負(fù)型AGV兩輪同步方法，所述方法包括如下步驟：
[0009] 1)、以T為采樣周期，通過驅(qū)動單元行走編碼器分別獲取驅(qū)動單元的位置pl，p2和 各自運(yùn)動的轉(zhuǎn)向角度0 1，0 2,其中pl，0 1分別指第一個輪的位置與轉(zhuǎn)向角；p2, 0 2分別 指第二個輪的位置與轉(zhuǎn)向角；
[0010] 2)、定義驅(qū)動單元的線速度偏差ep v和角速度偏差e ^為

[0013] 其中，epl v和e p2 v分別為第一個和第二個驅(qū)動單元線速度偏差，e ei v和e e2 v分別 為第一個和第二個驅(qū)動單元角速度偏差；vpl_d，vp2_d分別為第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單 元的輸入期望線速度，v ei_d，ve2d分別為第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的期望角速度 信號；V pl，Vp2分別為第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的實(shí)時(shí)輸出線速度；V ei，Ve2分別為 第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的實(shí)時(shí)角速度信號，且Vpl，V P2, V e I，V e 2分別由步驟1)中 得到的驅(qū)動單元位置pl，p2和各自運(yùn)動的轉(zhuǎn)向角度0 1，0 2采用差分法得到；vpl d，vp2 d， vei_d，Ve2_d輸入期望值是根據(jù)系統(tǒng)性能要求預(yù)先設(shè)定的；
[0014] 3)、根據(jù)驅(qū)動單元的線速度偏差epv與角速度偏差ee_v，通過改進(jìn)的PID控制器確 定本地控制率uvl(k)，uei(k)，u v2(k)，U02GO，即定義如下：
[0015] evt=Vpl-Vp2(2)
[0016]e〇_t= v O1-V02
個和第二個主動輪線速度偏差，eei v(k)和ee2 v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個和第二個主動 輪角速度偏差，ev_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個和第二個主動輪實(shí)時(shí)線速度的偏差，ee_ t(k)為當(dāng) 前時(shí)刻第一個和第二個主動輪實(shí)時(shí)角速度的偏差。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：AGV的控制系統(tǒng)中PID控制器的輸入分別由 兩主動輪線速度、角速度的期望值與各自實(shí)際值之間的偏差部分，以及兩主動輪之間的實(shí) 際線速度與實(shí)際角速度值的偏差部分構(gòu)成。該方法中利用各自主動輪的線速度偏差與角速 度偏差，使得兩個主動輪跟蹤上各自期望值的同時(shí)，連續(xù)的動態(tài)閉環(huán)控制亦能保證雙驅(qū)動 背負(fù)式AGV兩個主動輪快速穩(wěn)定自動跟蹤同步。
【附圖說明】
[0023] 圖1是AGV結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖2是保證AGV驅(qū)動單元跟蹤同步控制原理圖。
[0025] 圖3是保證AGV驅(qū)動單元跟蹤同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明的技術(shù)方案、設(shè)計(jì)思路能更加清晰，下面結(jié)合附圖再進(jìn)行詳盡的描 述。
[0027] 參照圖1~圖3, 一種基于PID控制保證背負(fù)式AGV兩個驅(qū)動單元的同步方法，所 述方法包括如下步驟：
[0028] 1)、以T為采樣周期，通過驅(qū)動單元行走編碼器分別獲取驅(qū)動單元的位置pl，p2和 各自運(yùn)動的轉(zhuǎn)向角度0 1，0 2,其中pl，0 1分別指第一個輪的位置與轉(zhuǎn)向角；p2, 0 2分別 指第二個輪的位置與轉(zhuǎn)向角；
[0029] 2)、定義驅(qū)動單元的線速度偏差ep v和角速度偏差e ^為
[0032] 其中，epl v和e p2 v分別為第一個和第二個驅(qū)動單元線速度偏差，e ei v和e e2 v分別 為第一個和第二個驅(qū)動單元角速度偏差；vpl_d，vp2_d分別為第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單 元的輸入期望線速度，v ei_d，ve2d分別為第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的期望角速度 信號；V pl，Vp2分別為第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的實(shí)時(shí)輸出線速度；V ei，Ve2分別為 第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的實(shí)時(shí)角速度信號，且Vpl，V P2, V e I，V e 2分別由步驟1)中 得到的驅(qū)動單元位置pl，p2和各自運(yùn)動的轉(zhuǎn)向角度0 1，0 2采用差分法得到；vpl d，vp2 d， vei_d，Ve2_d輸入期望值是根據(jù)系統(tǒng)性能要求預(yù)先設(shè)定的；
[0033] 3)、根據(jù)驅(qū)動單元的線速度偏差ep v與角速度偏差e e_v，通過改進(jìn)的PID控制器確 定本地控制率uvl(k)，u ei(k)，uv2(k)，U02GO，即定義如下：
[0034] evt =Vpl-Vp2 (2)
[0035] e e _t= v 0 i_v 0 2
[0036] 本地控制率 uvl (k)，u e i (k)，uv2 (k)，u e 2 (k)的取值如下：

[0040] 其中 KpllK11, Kdl，Kp-t，Kl t，Kd-t，K，pl，K ， "，！(、，K，p-t，K ， l t，K，d- t，Kp2, K12, Kd2, K' p2, K' 12, K' d2為給定的系統(tǒng)系數(shù)。e pl v(k)和ep2 v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一 個和第二個主動輪線速度偏差，eei v(k)和ee2 v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個和第二個主動 輪角速度偏差，ev_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個和第二個主動輪實(shí)時(shí)線速度的偏差，e e_t(k)為當(dāng) 前時(shí)刻第一個和第二個主動輪實(shí)時(shí)角速度的偏差。
[0041] 如圖1所示，AGV整體結(jié)構(gòu)以主控單元為核心，控制移載、安全輔助、導(dǎo)向、驅(qū)動、站 點(diǎn)識別六大單元。本專利主要是應(yīng)用于驅(qū)動單元。
[0042] 如圖2所示，從編碼器采集當(dāng)前信號輸出至控制器，控制器判斷驅(qū)動單元是否同 步，若未同步，控制量輸入相應(yīng)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動單元同步；若同步繼續(xù)運(yùn)行。
[0043] 如圖3所示，本發(fā)明考慮的對象是背負(fù)式AGV，在測試PID方法的有效性時(shí)，包括如 下步驟：
[0044] 步驟1)分別給定各驅(qū)動單元的期望速度值與角速度值，并采集AGV各驅(qū)動單元的 實(shí)際速度值與角速度值，獲取相應(yīng)偏差e pl v，ep2 v，eeiv，ee2 v，ev t，ee t作為控制器的輸入。
[0045] 步驟2)得到的偏差信號經(jīng)過如式⑷所示的線性組合可計(jì)算出各控制量 Uvl (k)，U e i (k)，Uv2 (k)，U e 2 (k) 〇
[0047]其中 KwKmKmKp-"1-t，Kd-t，K，pl，K' "，K，dl，K，p- t，K ， !_t, K' d_ t，Kp2, K12, Kd2, K' p2, K' 12, K' d2為給定的系統(tǒng)系數(shù)。e pl v(k)和ep2 v (k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個 和第二個驅(qū)動單元線速度偏差，eei v(k)和ee2 v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個和第二個驅(qū)動 單元角速度偏差，ev_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個和第二個驅(qū)動單元實(shí)時(shí)線速度的偏差，e e_t(k) 為當(dāng)前時(shí)刻第一個和第二個驅(qū)動單元輪實(shí)時(shí)角速度的偏差。一個周期內(nèi)作用到各自主動輪 伺服電機(jī)上的控制量實(shí)際上是由兩部分構(gòu)成，一部分是主動輪的線速度期望值與實(shí)際值的 偏差，和角速度期望值與實(shí)際值的偏差計(jì)算得到的控制量，另一部分是主動輪之間的實(shí)時(shí) 線速度值偏差和實(shí)時(shí)角速度偏差計(jì)算得到的控制量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于PID控制的背負(fù)型AGV兩輪同步方法，其特征在于：所述方法包括如下步 驟： 1) 、以T為采樣周期，通過驅(qū)動單元行走編碼器分別獲取驅(qū)動單元的位置pi，P2和各自 運(yùn)動的轉(zhuǎn)向角度Θ 1，Θ 2,其中ρ?，Θ 1分別指第一個輪的位置與轉(zhuǎn)向角；Ρ2, Θ 2分別指第 二個輪的位置與轉(zhuǎn)向角； 2) 、定義驅(qū)動單元的線速度偏差ep v和角速度偏差e 0^為其中，epl v和ep2 v分別為第一個和第二個驅(qū)動單元線速度偏差，e ei v和e e2 v分別為第 一個和第二個驅(qū)動單元角速度偏差；Vpl_d，vp2_d分別為第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的 輸入期望線速度，V e i_d，V e2_d分別為第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的期望角速度信號； VP1，VP2分別為第一個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的實(shí)時(shí)輸出線速度；V ei，Ve2分別為第一 個驅(qū)動單元與第二個驅(qū)動單元的實(shí)時(shí)角速度信號，且Vpl，V p2, V e i，V e 2分別由步驟1)中得到 的驅(qū)動單元位置pl，P2和各自運(yùn)動的轉(zhuǎn)向角度Θ 1，Θ 2采用差分法得到；Vpl d，Vp2 d，Vei d， Ve2_d輸入期望值是根據(jù)系統(tǒng)性能要求預(yù)先設(shè)定的； 3) 、根據(jù)驅(qū)動單元的線速度偏差ep v與角速度偏差e e_v，通過改進(jìn)的PID控制器確定本 地控制率 uvl(k)，uei(k)，uv2(k)，ue2(k)，即定義如下：t，Kp2, K12, Kd2, K' p2, C 12, f d2為給定的系統(tǒng)系數(shù)。e pl v (k)和ep2 v (k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一 個和第二個主動輪線速度偏差，eei v(k)和ee2 v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個和第二個主動 輪角速度偏差，ev_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個和第二個主動輪實(shí)時(shí)線速度的偏差，ee_ t(k)為當(dāng) 前時(shí)刻第一個和第二個主動輪實(shí)時(shí)角速度的偏差。
【專利摘要】一種基于PID控制的背負(fù)型AGV兩輪同步方法，該方法首先將利用驅(qū)動單元行走編碼器采樣得到驅(qū)動單元的位置和各自運(yùn)動的轉(zhuǎn)向角度，利用差分法獲取驅(qū)動單元的線速度偏差與角速度偏差，進(jìn)而采用改進(jìn)型PID控制器使得兩個驅(qū)動單元同步。本發(fā)明根據(jù)偏差控制雙驅(qū)動背負(fù)式AGV的兩個驅(qū)動單元，保證兩個驅(qū)動單元自動跟蹤同步。
【IPC分類】G05D1/08
【公開號】CN105068543
【申請?zhí)枴緾N201510488848
【發(fā)明人】張文安, 王瑤為, 邢科新, 劉安東
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月11日