AGV自动导引小车控制系统研究

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1、江苏科技大学硕士学位论文AGV自动导引小车控制系统研究姓名：冯锋申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：邓志良20080301大摘要AGV自动导航小车控制系统研究大摘要自动导航小车(AGV)控制系统是AGV的运动控制部件，对AGV的平稳运行起着重要的作用。随着新的控制算法的应用和电子技术的发展，AGV正朝着高速、高精度、开放化、智能化、网络化发展，对运动控制系统也提出了更高的要求。AGV要实现高速、高精度的位置控制和轨迹跟踪，必须依赖先进的控制策略和优良的运动控制系统。在本文中，按照控制系统的要求，选定以ARM

2、微处理器作为核心进行运动控制系统的设计。论文中研究了自动导航小车控制系统的硬件实现方案，系统的软件设计采用的了基于嵌入式实时系统的设计方法，电机的速度控制采用了先进的模糊PID控制技术。论文主要围绕如下几个方面的进行了研究工作：1.给出了AGV车体结构，包括AGV性能指标和总体结构，着重介绍了直流电机的仿真模型和AGV运动学模型，推导出直流电机的相关参数，从理论上分析了AGV小车的运动状态和运动方式。2.介绍芯片选型的相关原则并设计了AGV小车控制系统硬件电路，再详细的介绍嵌入式处理器选型及设计、存储器扩展，然后着重讲述了

3、控制电路的设计方法，接口电路的设计；完成了电机驱动电路以及导引信号控制器的设计；根据AGV的功能要求设计了应用于AGV的传感器系统，包括超声传感器、电磁导引传感器的设计。在本文设计中的各个功能模块，均采用嵌入式方案进行设计与实现。对于一个嵌入式应用系统，硬件设计是实现整个系统的基础，同时它也关系到整个系统的性能。3.说明了AGV软件系统的设计方法，引入了嵌入式操作系统的概念。着重介绍了µClinux的移植方法和移植过程并引导装载程序Bootloader。使用µClinux操作系统能最好的满足AGV控制系统的要求，比如：系统

4、足够小，以满足嵌入式系统的硬件要求；实时性好，即系统有能预见性的反应速度；能够实现多任务处理能力。4.传统AGV运动控制常采用PID控制器，将AGV的位置、速度、航向角误差及误差变化率作为控制器的输入，机器人的位置、速度和方向角作为控制输出。在实际系统中，位置、速度、方向角的期望值变化，实际道路情况的改变，转动惯量、重心位置的偏差或变化，两车轮及驱动的不一致性等，使得PID控制参数的全局整定极为困难。近年来，模糊控制已经成功的运用于移动机器人和自主车辆。由于AGV运行环境的复杂性和不确定性，很难对其建立精确的模型，而模糊控

5、制的优点就是不需要建立被控对象的精确的数学模型。因此，模糊控制大摘要很适合于AGV的控制。针对此问题，本文设计了相应的模糊PID控制器，可降低PID参数整定的难度，总体上提高系统的控制精度和鲁棒性。因此提出模糊PID控制器的设计方案；应用MATLAB的SIMULINK模块实现的普通数字PID控制器与模糊PID控制器的比较；最后使用基于µClinux的软件设计方法，将模糊控制器程序实现并移植到ARM控制器上；并且设计了一个调节器使AGV具有准确的跟踪路径能力，从而提高了行使精度。5.应用开发中，编写驱动程序是一个重要步骤，驱

6、动程序设计的好坏直接影响系统运行的稳定性和运行效率。µClinux驱动程序编写首先需要了解Linux下设备管理及驱动模块的实现。编写了µClinux驱动程序和AGV控制系统各模块的程序，包括串口、网卡以及Flash驱动程序。根据AGV工作方式和工作状态分别设计了AGV控制系统上位机(主控机)软件、下位机(车载机)软件以及各控制程序模块。上位机软件的主要功能是路径规划设计、应用系统接口、通过无线通讯系统向车载机发送AGV的运行任务及接收AGV车载机发送回来的AGV当前工作状态。下位机软件的主要功能是通过无线通讯系统接收主控机

7、下达的运行任务完成AGV运动方向和运动速度的控制，并且通过无线通讯系统向主控机发送AGV当前的工作状态。各控制程序模块包括：PWM发生程序、A/D采样模块、模糊PID整定及PID算法程序、串行RS232通讯协议及程序和主控程序。本课题，通过硬件电路与控制电路设计及相应控制系统软件与应用程序编写，在取得了较好的实际效果的同时，为今后设计更智能化的AGV小车提供了基础平台，因此也具有较强的实际意义。关键词：AGV；自动导航小车；ARM，µClinux；模糊PID摘要摘要自动导引小车(AGV)控制系统是AGV的运动控制部件，对A

8、GV的平稳运行起着重要的作用。随着新的控制算法的应用和电子技术的发展，AGV正朝着高速、高精度、开放化、智能化、网络化发展，对运动控制系统也提出了更高的要求。AGV要实现高速、高精度的位置控制和轨迹跟踪，必须依赖先进的控制策略和优良的运动控制系统。在本文中，按照控制系统的要求，选定以ARM微处理器作为核