一種基于PID控制的背負(fù)型AGV兩輪同步方法技術(shù)

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(dòng)單元行走編碼器采樣得到驅(qū)動(dòng)單元的位置和各自運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度，利用差分法獲取驅(qū)動(dòng)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(gè)驅(qū)動(dòng)單元同步。本發(fā)明專利技術(shù)根據(jù)偏差控制雙驅(qū)動(dòng)背負(fù)式AGV的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，保證兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元自動(dòng)跟蹤同步。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于PID控制的背負(fù)型AGV兩輪同步方法
本專利技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)導(dǎo)航車控制領(lǐng)域，涉及一種適用于兩輪驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)導(dǎo)航車的兩輪同步方法。
技術(shù)介紹
AGV(AutomatedGuidedVehicle，自動(dòng)導(dǎo)引小車)是現(xiàn)在自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，是生產(chǎn)物流自動(dòng)化先進(jìn)性的一個(gè)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(dòng)力成本，對(duì)提高生產(chǎn)自動(dòng)化和生產(chǎn)效率有著重要的意義。AGV車型可按運(yùn)載類別、承載質(zhì)量、驅(qū)動(dòng)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(cè)，慣性導(dǎo)航，圖像識(shí)別與坐標(biāo)識(shí)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。AGV小車主要由車體系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)、動(dòng)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(dòng)作執(zhí)行和導(dǎo)航，動(dòng)力裝置是AGV的運(yùn)行動(dòng)力來(lái)源。安全與輔助裝置提供避障措施，保證AGV的安全和可靠性。雙驅(qū)動(dòng)背負(fù)式AGV配備磁地標(biāo)，可以進(jìn)行站點(diǎn)?？浚浅＿m合在空間不寬裕的場(chǎng)合使用，也適用于特定的場(chǎng)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(dòng)單元控制同步。驅(qū)動(dòng)單元同步控制可實(shí)現(xiàn)AGV運(yùn)行過(guò)程中保持平衡，具有適應(yīng)地形變化能力強(qiáng)，移動(dòng)軌跡靈活易變的特點(diǎn)，并保證驅(qū)動(dòng)功率較小，為電池長(zhǎng)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(gè)驅(qū)動(dòng)單元同步的控制器設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有雙驅(qū)動(dòng)背負(fù)式AGV實(shí)現(xiàn)的跟蹤同步性較差的不足，本專利技術(shù)提供了一種基于PID控制的背負(fù)型AGV兩輪同步方法，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)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(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)模塊的姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤同步。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：一種基于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：1)、以T為采樣周期，通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元行走編碼器分別獲取驅(qū)動(dòng)單元的位置p1，p2和各自運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度θ1，θ2，其中p1，θ1分別指第一個(gè)輪的位置與轉(zhuǎn)向角；p2，θ2分別指第二個(gè)輪的位置與轉(zhuǎn)向角；2)、定義驅(qū)動(dòng)單元的線速度偏差ep_v和角速度偏差eθ_v為其中，ep1_v和ep2_v分別為第一個(gè)和第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元線速度偏差，eθ1_v和eθ2_v分別為第一個(gè)和第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元角速度偏差；vp1_d，vp2_d分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的輸入期望線速度，vθ1_d，vθ2_d分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的期望角速度信號(hào)；vp1，vp2分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的實(shí)時(shí)輸出線速度；vθ1，vθ2分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的實(shí)時(shí)角速度信號(hào)，且vp1，vp2，vθ1，vθ2分別由步驟1)中得到的驅(qū)動(dòng)單元位置p1，p2和各自運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度θ1，θ2采用差分法得到；vp1_d，vp2_d，vθ1_d，vθ2_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(dòng)單元的線速度偏差ep_v與角速度偏差eθ_v，通過(guò)改進(jìn)的PID控制器確定本地控制率uv1(k)，uθ1(k)，uv2(k)，uθ2(k)，即定義如下：ev_t＝vp1-vp2(2)eθ_t＝vθ1-vθ2本地控制率uv1(k)，uθ1(k)，uv2(k)，uθ2(k)的取值如下：其中Kp1,Kl1,Kd1,Kp_t,Kl_t,Kd_t,K'p1,K′l1,K'd1,K'p_t,K′l_t,K'd_t,Kp2,Kl2,Kd2,K'p2,K′l2,K'd2為給定的系統(tǒng)系數(shù)。ep1_v(k)和ep2_v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪線速度偏差，eθ1_v(k)和eθ2_v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪角速度偏差，ev_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪實(shí)時(shí)線速度的偏差，eθ_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪實(shí)時(shí)角速度的偏差。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)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(dòng)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(dòng)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(dòng)輪的線速度偏差與角速度偏差，使得兩個(gè)主動(dòng)輪跟蹤上各自期望值的同時(shí)，連續(xù)的動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制亦能保證雙驅(qū)動(dòng)背負(fù)式AGV兩個(gè)主動(dòng)輪快速穩(wěn)定自動(dòng)跟蹤同步。附圖說(shuō)明圖1是AGV結(jié)構(gòu)圖。圖2是保證AGV驅(qū)動(dòng)單元跟蹤同步控制原理圖。圖3是保證AGV驅(qū)動(dòng)單元跟蹤同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)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。參照?qǐng)D1～圖3，一種基于PID控制保證背負(fù)式AGV兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的同步方法，所述方法包括如下步驟：1)、以T為采樣周期，通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元行走編碼器分別獲取驅(qū)動(dòng)單元的位置p1，p2和各自運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度θ1，θ2，其中p1，θ1分別指第一個(gè)輪的位置與轉(zhuǎn)向角；p2，θ2分別指第二個(gè)輪的位置與轉(zhuǎn)向角；2)、定義驅(qū)動(dòng)單元的線速度偏差ep_v和角速度偏差eθ_v為其中，ep1_v和ep2_v分別為第一個(gè)和第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元線速度偏差，eθ1_v和eθ2_v分別為第一個(gè)和第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元角速度偏差；vp1_d，vp2_d分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的輸入期望線速度，vθ1_d，vθ2_d分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的期望角速度信號(hào)；vp1，vp2分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的實(shí)時(shí)輸出線速度；vθ1，vθ2分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的實(shí)時(shí)角速度信號(hào)，且vp1，vp2，vθ1，vθ2分別由步驟1)中得到的驅(qū)動(dòng)單元位置p1，p2和各自運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度θ1，θ2采用差分法得到；vp1_d，vp2_d，vθ1_d，vθ2_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(dòng)單元的線速度偏差ep_v與角速度偏差eθ_v，通過(guò)改進(jìn)的PID控制器確定本地控制率uv1(k)，uθ1(k)，uv2(k)，uθ2(k)，即定義如下：ev_t＝vp1-vp2(2)eθ_t＝vθ1-vθ2本地控制率uv1(k)，uθ1(k)，uv2(k)，uθ2(k)的取值如下：其中Kp1,Kl1,Kd1,Kp_t,Kl_t,Kd_t,K'p1,K′l1,K'd1,K'p_t,K′l_t,K'd_t,Kp2,Kl2,Kd2,K'p2,K′l2,K'd2為給定的系統(tǒng)系數(shù)。ep1_v(k)和ep2_v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪線速度偏差，eθ1_v(k)和eθ2_v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪角速度偏差，ev_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪實(shí)時(shí)線速度的偏差，eθ_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪實(shí)時(shí)角速度的偏差。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(dòng)、站點(diǎn)識(shí)別六大單元。本專利主要是應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)單元。如圖2所示，從編碼器采集當(dāng)前信號(hào)輸出至控制器，控制器判斷驅(qū)動(dòng)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(dòng)單元同步；若同步繼續(xù)運(yùn)行。如圖3所示，本專利技術(shù)考慮的對(duì)象是背負(fù)式AGV，在測(cè)試PID方法的有效性時(shí)，包括如下步驟：步驟本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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(guò)驅(qū)動(dòng)單元行走編碼器分別獲取驅(qū)動(dòng)單元的位置p1，p2和各自運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度θ1，θ2，其中p1，θ1分別指第一個(gè)輪的位置與轉(zhuǎn)向角；p2，θ2分別指第二個(gè)輪的位置與轉(zhuǎn)向角；2)、定義驅(qū)動(dòng)單元的線速度偏差ep_v和角速度偏差eθ_v為ep_v=ep1_vep2_v=vp1_d-vp1vp2_d-vp2,]]>eθ_v=eθ1_veθ2_v=vθ1_d-vθ1vθ2_d-vθ2.---(1)]]>其中，ep1_v和ep2_v分別為第一個(gè)和第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元線速度偏差，eθ1_v和eθ2_v分別為第一個(gè)和第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元角速度偏差；vp1_d，vp2_d分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的輸入期望線速度，vθ1_d，vθ2_d分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的期望角速度信號(hào)；vp1，vp2分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的實(shí)時(shí)輸出線速度；vθ1，vθ2分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的實(shí)時(shí)角速度信號(hào)，且vp1，vp2，vθ1，vθ2分別由步驟1)中得到的驅(qū)動(dòng)單元位置p1，p2和各自運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度θ1，θ2采用差分法得到；vp1_d，vp2_d，vθ1_d，vθ2_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(dòng)單元的線速度偏差ep_v與角速度偏差eθ_v，通過(guò)改進(jìn)的PID控制器確定本地控制率uv1(k)，uθ1(k)，uv2(k)，uθ2(k)，即定義如下：ev_t＝vp1?vp2????????(2)eθ_t＝vθ1?vθ2本地控制率uv1(k)，uθ1(k)，uv2(k)，uθ2(k)的取值如下：uv1(k)=Kp1ep1_v(k)+Kl1Σj=0kep1_v(j)+Kd1(ep1_v(k)-ep1_v(k-1))+]]>Kp_tev_t(k)+Kl_tΣj=0kev_t(j)+Kd_t(ev_t(k)-ev_t(k-1))]]>uθ1(k)=Kp1′eθ1_v(k)+Kl1′Σj=0keθ1_v(j)+Kd1′(eθ1_v(k)-eθ1_v(k-1))+]]>Kp_t′eθ_t(k)+Kl_t′Σj=0keθ_t(j)+Kd_t′(eθ_t(k)-eθ_t(k-1))]]>uv2(k)=Kp2ep2_v(k)+Kl2Σj=0kep2_v(j)+Kd2(ep2_v(k)-ep2_v(k-1))]]>uθ2(k)=Kp2′eθ2_v(k)+Kl2′Σj=0keθ2_v(j)+Kd2′(eθ2_v(k)-eθ2_v(k-1))---(3)]]>其中Kp1,Kl1,Kd1,Kp_t,Kl_t,Kd_t,K'p1,K′l1,K'd1,K'p_t,K′l_t,K'd_t,Kp2,Kl2,Kd2,K'p2,K′l2,K′d2為給定的系統(tǒng)系數(shù)。ep1_v(k)和ep2_v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪線速度偏差，eθ1_v(k)和eθ2_v(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪角速度偏差，ev_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪實(shí)時(shí)線速度的偏差，eθ_t(k)為當(dāng)前時(shí)刻第一個(gè)和第二個(gè)主動(dòng)輪實(shí)時(shí)角速度的偏差。...

【技術(shù)特征摘要】
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(guò)驅(qū)動(dòng)單元行走編碼器分別獲取驅(qū)動(dòng)單元的位置p1，p2和各自運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度θ1，θ2，其中p1，θ1分別指第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的位置與轉(zhuǎn)向角；p2，θ2分別指第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的位置與轉(zhuǎn)向角；2)、定義驅(qū)動(dòng)單元的線速度偏差ep_v和角速度偏差eθ_v為其中，ep1_v和ep2_v分別為第一個(gè)和第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元線速度偏差，eθ1_v和eθ2_v分別為第一個(gè)和第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元角速度偏差；vp1_d，vp2_d分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的輸入期望線速度，vθ1_d，vθ2_d分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的期望角速度信號(hào)；vp1，vp2分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的實(shí)時(shí)輸出線速度；vθ1，vθ2分別為第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元與第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的實(shí)時(shí)角速度信號(hào)，且vp1，vp2，vθ1，vθ2分別由步驟1)中得到的第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的位置p1，第二個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的p2和各自運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度θ1，θ2采用差分法得到；vp1_d，vp2_d，vθ1_d，vθ2_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(dòng)單元的線速度偏差ep_v與角速度偏差eθ_v，通過(guò)改進(jìn)的PID控制器確定本地控制率uv1(k)，uθ1(k)，uv2(k)，uθ2(k)，即定義如下：本地控制率uv1(k)，uθ1(k)，uv2(k)，uθ2(k)的取值如下：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張文安，王瑤為，邢科新，劉安東，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：浙江;33