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AGV轨迹规划及其纠偏控制机理研究

杨前明;张君;阮益

【摘要】针对重型AGV定位精度差及其纠偏能力弱的问题,阐述了AGV偏差形成

原因及其纠偏控制方法,对AGV纠偏运动控制模型、纠偏控制系统进行了研究.建

立了AGV轨迹规划数学运动模型以及直流电机PWM纠偏调速控制模型,采用

Matlab软件进行了仿真,获得了AGV运动曲线与PID纠偏控制曲线特性规律;给出

了现场实验测试方法,进行了实验样机现场运行与测试,获得了AGV实际运行与理

想轨迹的偏差数据.研究结果表明:采用直流电机PWM调速与PID纠偏控制算法后,

系统能够稳定快速校正AGV的轨迹偏差,响应时间约为3s,实验测量数据误差小于

±10mm.

【期刊名称】《机电工程》

【年(卷),期】2018(035)011

【总页数】5页(P1243-1247)

【关键词】PWM调速;PID控制;Matlab;纠偏精度

【作者】杨前明;张君;阮益

【作者单位】山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266590;山东科技大学

机械电子工程学院,山东青岛266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛

266590

【正文语种】中文

【中图分类】TP242;TP273

0引言

无人数字工厂是棉纺车间未来的发展方向[1]。由于棉纺车间存在高温度、高湿度、

高噪音特点，机器人换人势在必行。因此，为纺织车间设计的背负式棉桶更换复合

机器人应运而生。

磁导航式差速AGV在前进、转向过程中，路面平整度问题会对AGV行驶产生一

定定位精度影响；导航磁带直线度误差以及AGV由直道转入弯道或者由弯道转入

直道等情况，也会致使AGV在行驶过程中产生偏差。

国内外关于纠偏控制的研究较多，像多窗口实时测距[2]、串级轨迹跟踪算法、卡

尔曼滤波器定位等[3]，这些算法以及控制方法比较适合于无轨导航，工程上经常

采用PID算法对AGV行驶轨迹进行实时的纠偏[4-5]，PID控制器、模糊控制器以

及模糊PID比较适合于有轨导航。

在磁导引中，在实现AGV的导引前提下，也不断研究AGV的定位以及纠偏方法，

提高AGV的定位精度。PWM调速是利用功率开关的器件的导通与关断，将直流

电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压调速的目的。

本文以PLC为控制器，基于PWM调速与PID控制，探讨直流电机调速与AGV

纠偏调速控制系统的实现方法。

1AGV纠偏模型建立

1.1AGV运动学模型建立

自主式磁导航AGV在行驶过程中,随着纠偏传感器位置信号连续采集送入控制器，

同时给定直流电机纠偏信号不断接近目标轨迹。

本研究以固定点O为参考点，建立固定参考坐标系I[X-O-Y]；以AGV上质心点P

作为AGV局部参考系位置参考点，建立局部参考系Ⅱ[XR-P-YR][6]，如图1所示。

图1AGV纠偏环节运动模型

则P点的位置坐标为(X，Y)，两坐标之间的角度差为θ，P点的位姿可以表示为

P=[x,y,θ]T。对于双轮差速驱动下AGV,给定右轮转速为，左轮转速为根据图1所

示几何关系，左右轮线速度为：

(1)

AGV车体的角速度和线速度为：

(2)

式中：r—车轮半径，mm；l—质心P点至两轮距离，mm；VR—右轮运动速度，

mm/s;VL—左轮运动速度,mm/s。

差速驱动AGV的运动学模型为：

(3)

1.2纠偏调速系统数学模型建立

在图1所示的参考系中，在参考系P{XR，YR，θ}中，AGV上点P(x,y,θ)是其实时

位置坐标，参考系I中点O为其目标位置，OP之间距离偏差为(Δx，Δy)，为Ⅱ平

面XR轴与目标位置向量之间的夹角，即偏差角。

在坐标系I中，AGV运动模型可表述为：

(4)

其极坐标可描述为：

(5)

α=-θ+arctan2(Δy,Δx)

(6)

β=-θ-α

(7)

在新的极坐标中，得到一个系统描述为：

(8)