AGV磁导航控制系统设计与实现.pdf

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.48M 资料格式：pdf 举报版权申诉

a43abed5-3073-4fe5-a68b-7bbf0b5b3eca.pdf-第1页.png

第1页 / 共6页

a43abed5-3073-4fe5-a68b-7bbf0b5b3eca.pdf-第2页.png

第2页 / 共6页

a43abed5-3073-4fe5-a68b-7bbf0b5b3eca.pdf-第3页.png

第3页 / 共6页

a43abed5-3073-4fe5-a68b-7bbf0b5b3eca.pdf-第4页.png

第4页 / 共6页

a43abed5-3073-4fe5-a68b-7bbf0b5b3eca.pdf-第5页.png

第5页 / 共6页

a43abed5-3073-4fe5-a68b-7bbf0b5b3eca.pdf-第6页.png

第6页 / 共6页

文本预览

磁导航AGV控制系统的设计与实现郑炳坤，赖乙宗，叶峰 (华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640) 摘要：为保证磁导航AGV控制系统的可扩性与稳定性．提出一种基于CAN总线的控制系统，其硬件架构以嵌入式工控机为核心，通过CAN总线挂接多个控制外围设备的^RM处理器。重点给出了系统运动控制器与监控管理系统的实现方案。基于中断任务调度模式实现了运动控制器，由模糊自整定PD调节器来改良AGV的动态跟踪行为；监控管理系统包括六种交互模块。其发送与接收通信过程通过适时线程挂起与逐步接收匹配操作来协作完成。经现场实测，AGv工作稳定可靠，跟踪效果良好。关键词：自动导向车；磁导航AGV；控制系统；监控管理系统；运动控制器中图分类号：TP24 文献标志码：A D西印and hpl锄ent觚蚰of the Ma驴etic Na订g砌蚰AGV ContmI SystI哪 t0 solutions ZHENG Bing·kun，IAI Yi-zong，YE Feng (School of Mech锄ical粕d Autom撕ve Engineering，S0utll China Univers时of Technolog)r，Gu锄铲h伽510640，China) Ah出mct：7I-0 g眦哦mtee scalability蚰d stability of t}Ie m孵letic na、rigation AGV control system。a c∞心0l 8ystem惴 built b鹳ed on tlle CAN bus．ne system’s hardw龇architecture w鹊fo彻ed by embedded industrial c呻puters at core，柚d tllmtlgh tIle CAN bus connects several ARM processo璐that contml the periphemls．It f砸uses on t}Ie it8 t}le motion controUer锄d monitoring&m明agement system．The m砸on contmUer w鹊fhcilit砒ed诵tll tIle印plication 0f tlle intermpt tasks 8chedIlling model，蚰d the AGV’s dyn姗ic tl舵king pe而珊锄ce w嬲impmVed by the self-tuIling PD connDUer．The monitoring粕d management system w踮made up of si】【mutual nIodIlles，and it tL蚰smits粕d receives messages tllmugll thread suspending in proper time舳d tlle matching ope枷om of receiving gradually．According to pmctical te8ting，t}le AGV system works weU卸d possesses a 900d tI鼬king pe面瑚粕ce． Key words：autom舢ed gIIided vehicle(AGV)；ma即etic navigation AGV；contml system；moni蜘ng舳d m肌agement system；motion controUer 自动导向车AGV【l】是现代物流系统自动化、柔单【3l、成本低、且抗干扰能力强，可在各种环境下工性化及智能化的关键设备。研究AGV的相关技术作，应用最为广泛。意义重大。导航系统为AGV核心组成部分，目前常见的AGV导航方式主要有视觉导航、激光导航与 AGV的导航控制系统根据其控制核心不同主要有采用单片机、可编程控制器PLC与嵌入式工控磁导航嘲，视觉导航由于易受环境影响其适应性差，机等方案【41。单片机与PLC控制系统具有低功耗且激光导航的硬件成本较高。磁导航则不仅控制简控制简单等优点，但可扩展性较差阎。相比之下，嵌收稿日期：2013—10—25：修订日期：2013一ll一06 基金项目：广东省精密装备与制造技术重点实验室(PEMTl203)；广东省产学研重大专项(2012A090300013；20128011300055) 作者简介：郑炳坤(199卜)，男，硕士研究生，研究方向为机器人技术；赖乙宗(1972-)，男，博士，讲师，研究方向为嵌入式系统设计；叶峰(1972一)，男，博士，副研究员，研究方向为嵌入式系统设计与机器视觉。 6 万方数据

人式工控机带有多种硬件接口。有利于系统功能扩于检测特殊命令触发信号。导航轨道由连续磁带组展．方便产品的升级换代。成．离散的三磁带段组合成一特殊命令触发单元。鉴于此。本文提出一种基于CAN总线的磁导航 AGV控制系统。其硬件架构以嵌入式工控机为核心．通过CAN总线挂接多个控制外围设备的ARM 处理器．以中断任务调度模式来协调系统运动控制器的各个任务单元，通过适时挂起线程与逐步匹配报文方式来协作完成监控管理系统的通信过程，实现系统的实时控制，此外，采用模糊自整定PD调节器来保证磁导航的控制精度和适应性，经实际测试，系统运行稳定可靠，取得良好的控制效果。 1 系统方案设计 1．1 控制对象轨道器段器 0 图1 AGV本体结构简图 FIg．1 Sketch Of AGV 文中AGV的本体结构如图1所示。AGV本体 1．2系统总体架构由前左右差速驱动轮及后万向轮组成．导航传感器系统架构是AGV控制系统的关键。本文提出安装在车载前端底部。用于检测AGV中心与磁带的控制方案自上而下分为监控管理层、通信层、控轨道的偏距：命令传感器则固定在车载右后侧，用制层、功能层及传感器层五大层，如图2所示。图2系统总体架构 Fig．2 OVe限¨system architectu陀监控管理层：在AGV上装载研华工控机POD一由运动控制器与辅助控制器两节点组成的一个微 6552，用于实现对控制系统的监控管理等。通过建小型分散式控制系统。立无线局域网，可实现用户端PC与监控管理终端功能层包括导航、特殊命令、电机驱动、避障、数据的共享，有助于控制系统的调试、开发与管理；在通信层采用CAN现场总线来完成监控管理层与显示交互、姿态反馈与手动控制七大功能单元。导航单元的功能是保证AGV以一定的精度沿着预定控制层之间的命令控制发送与报告反馈。现场总线的轨迹作业，当AGV跑飞预定轨迹时，自动停止；适于后期控制节点的扩展，是系统走向复杂化及智能化等的保证：控制层使用STM32F103RBT6 ARM7 特殊命令单元作用于当车载到达某预定位置时．命令AGV执行停歇、装载或者卸载特殊动作：电机驱处理器来协调完成各种控制功能。图2所示系统是动单元是系统的执行末端，系统通过电机速度的调自动亿与仪裹2014L3、万方数据 7

重启，继续作业。此外，若AGV处于前进状态，但检测到的障碍物位于车载后端，那么AGV应保持继续前进状态。处于后退状态的AGV前面出现障碍物时做类似处理：显示交互单元用于AGV当前运行速度、位置等状态的显示；手动控制单元用来急停控制AGV等。传感器层由导航传感器、命令传感器、控制电机与驱动器、红外传感器、液晶屏、编码器及按钮按键组成。运动处理器通过实时扫描读取数字导航传感器的状态值，以普通IO连接导航传感器；命令传感器起作用于一些离散的特殊标记点。采用IO外部触发中断来猎取命令信息；电机的速度调控采用变频PWM输出完成：红外传感器的触发信息也采用IO外部触发中断来实时监视获取：采用STM32 堡掌些H塑尘塞堕里垫l蔷囊霍儿“，．A也] …一…………一卜i：研尚焉州【．．．．．．．．．．．．【I【．．．J 速度差 △口导航传感器理想零偏距跟踪偏差e L1 1丝嗪享实际偏距Err变化ec 节控制来达成导航、停歇及加减速等各种基本运动控制效果不佳。而纯模糊控制恰好能弥补传统PID 控制功能；避障单元是AGV车载系统的安全模块，控制器的缺点。为此本文将模糊控制与PID控制相 AGV在遇到障碍物时应立即停止，障碍消失后自动结合，采用图3所示的控制器，以PD控制器为核心，利用模糊控制来动态修正PD控制器的系数，改良AGV的动态跟踪行为。图3模糊自整定PD调节器 Fig．3 Fuzzy seIf_tuning PD cOntrOIIer 在图3中，以导航传感器从磁带探测到的跟踪定时器集成的增量式编码器接口采集编码器信号，偏差及偏差变化作为控制器的输入，经模糊处理后计算取得当前车载的速度和位姿。 2运动控制器 2．1 模糊自整定PD调节器导航跟踪方法是运动控制器的核心技术之一。传统PID控制器技术成熟，应用广泛，但常规的PID 控制器鲁棒性差，对于非线性时变或迟滞的系统，得到PD控制器的参数修正值。修正PD控制器后，输出AGV车载左右轮的控制速度差去调整AGV 的当前位姿。为了减少在线计算量，提高效率，程序中把模糊调节器以二维离线查询表形式嵌入到 STM32运动控制器上。 2．2软件实现给出运动控制器功能的软件实现，如图4所示。 L1裂瓣…叫罐黼l； l调整右轮速度l 驱动速度 l：I 图4运动控制器的软件实现 Fig．4 S0ftware rea¨zatiOn of mOtiOn contrO¨er AHfom耐如n＆加妯唧men纽坛鲫 2DJ4(3) 阿万方数据

主要包括导航跟踪任务、调速任务、特殊命令任务、安全避障任务与通信任务。本文采用中断模式来协文分为报头、报文功能码、报文长度、报文控制数据、报文校验码与报尾，报文在发送中按照其组分调实现各个任务单元，其中特殊命令任务、安全避障任务与通信任务由外部事件触发驱动。一旦事件顺次发送，接收方读取到报文后再逐步匹配校对，应答执行。以请求报告发送和接收读取报告报文为来临，运动控制器立即响应，保证AGV能遇障即停，无障立行等；运动控制器以每5吣扫描读取一次导航传感器状态值，以此确定出当前偏距，然后控制器利用此偏距量计算出AGV驱动轮的控制速度；运动控制器以每1 ms判断一次当前驱动轮速度是否已达到控制速度。实时对驱动电机进行梯形调速，确保AGV能快速平稳地加减速到控制速度。任务单元之间以变时间切片轮换执行，安全避障等任务未被触发下处于监视挂起状态。不用消耗MCU 资源。在系统控制过程中，运动控制器资源按需分配，提高了系统运作效率的同时，也保证了控制器响应的实时性。 3监控管理系统开发例，给出具体的软件实现，如图6所示。请寒囊室i酗璧=c嘉卷缝器I．一 j2画遣蕾黛麓鸶曩皴冈嘲隅寝” 获取互斥量： Wh如(TRUE) TxFlg=TRUE；Brkng：FA【sE；发送请求报告；挂起IIm； for(int nms=0；Ⅲ“100；nHI¨+)： { { if(!Txng) 等待．读报头；if(报头不匹配) Ihng=FAl5E；Ⅻtjnue；I 等待．读取报文长度N；等待，读取N个报文控制数据； f发送请求报告；l 等待．读取报文校验码：i“校验不匹配) if(BrkFlz) break：挂起Ims；n鹏++； {Txn萨FAIsE；condn№；} 等待，读取报尾；讧(报尾不匹配) {Txng=FAbE；cond叫。；l Tx兀g=FAIsE：Brkng=FALSE；释放互斥量：一一———、 I／———＼ Txflg=TRUE；BrkFlg-1RUE；解报文．执行：图6数据包发送与读取的软件实现 Fig．6 So帅a怕怕a¨捌ion of TxD&R)(D 报文的发送与接收都在线程中完成．其中为避免重入“报文发送”函数而修改状态标志量，利用互斥量来实现线程同步。完成一次报文报告请求后，为了便于对AGV自动导引车的现场工作控制发送线程立即挂起，以能释放CPU资源给报文接收与状态监控，上层管理系统的开发是十分有必要线程。在读取到报告报文有误或读完报告报文前．的。从AGV车载系统的现场作业出发，利用MFC在发送线程一直挂起，从而保证不浪费CPU资源。如车载工控机上实现了如图5所示的监控管理系统．主要分成工作站点管理、操控模式、运行状态、跟踪果报告报文接收有误，立即重新请求：当在100 IIls 挂起时间内仍然请求不成功，将因请求超时而终止控制信息、避障状态与车载位姿状态六大功能模块。本次请求；一旦接收成功，请求成功完毕。在接收线【作站点管理操控模式程中，如果出现匹配错误，程序重新开始接收匹配启停跟踪导航启停手动驾驶审章 ⑦④面 ⑦⑦两 }：!一。竺||+ ···o雩毫■ ③⑦⑧盟运行状态 ④⑦⑧ 图5监控管理系统组成 Fjg．5 C0mpOnents of management system 上层监控管理系统与底层控制器间通信的准确性与实时性是控制系统有效性的可靠保证。将报自动证与仪囊20HL3、万方数据报文。发送线程通过适时挂起操作释放资源给接收线程等其它线程，接收线程通过逐步接收匹配方式来检验报文，提高了通信过程的实时性与准确性。 4现场实验为测试所开发的AGV嵌入式控制系统的可行性与稳定性，本文对车载系统进行了实际现场作业的模拟实验。在地表铺设引导磁带，由曲线与直线组成，除了引导磁带外，还有用于模拟特殊控制指令的命令磁带，本实验的实训AGV车载及磁带轨道如图7所示。 AGV自动导向车在现场实训中。导航跟踪功能通过调整两驱动轮的速度来实现．本文测试了在不同速度下AGV的导航精度，测试结果为表l 所示。其中编号1直行速度为0．3一s。拐弯速度为 0．1“s；而编号2的直行速度为0．5 n以，拐弯速度为O．35Ⅱl／s。 9

可行性。 5结语 AGV是现代物流系统的热点研究对象。本文介绍了一种基于CAN总线，易于扩展的磁导航AGV 控制系统。基于中断模式来设计运动控制器．增强了系统的执行效率与响应速度；实现了AGV车载的监控管理系统，可实时监控车载的运行状态、跟踪控制信息、避障状态与车载位姿状态等。易于交互管理。此外，采用模糊PD调节器保证了良好的导图7 AGV测试车载及磁带轨道 F．g．7 TeStjng AGV and飚magnetic tape t陷ck 航精度。对本系统进行现场实测。系统通信稳定可表1偏距统计靠，跟踪有效。 (mm) 参考文献：【1】武启平，金亚萍，任平，等．自动导引车(AGV)关键技术现状及其发展趋势叨．制造业与自动化，2013，35(5)：106_109，121．【2】姜涌，曹杰，杜亚玲，等．基于各种传感器的自动导引车的制导方从表1中可以看出．AGV慢速作业时的性能式叨．传感器技术，2005，25(8)：1-4．优于快速工作。因此在控制器设计中，拐弯时应当【3】彭光清，楼佩煌．磁导航AGV模糊控镧器的研究叫．工业控制计适当降低AGV的工作速度。以保证AGV不会冲离导航轨道。此外，根据表中的平均偏距与偏距标准差两统计量，可以得出在较高速时，AGV的动态跟算机，2012，25(9)：43—44．【4】卢冬华．计算机控制自动导向小车(AGV)的设计与实现【D】．上海：上海交通大学．2006．【5】王冰，胡彬，王春香，等．自动导引车车载控制系统的研究与设计踪行为良好。有效表明了本控制系统的稳定性与叨．自动化仪表，2013，34(5)：l-4．一能源局介绍201 3年风电产业监测相关情况 2014年2月25日，国家能源局在京召开新闻发布会，介绍2013年风电产业监测有关情况。 2013年，国家能源局采取了一系列政策措施，推动产业持续健康发展。制定了新能源发展战略，明确了风电发展的指导思想和战略目标，加快风电行业管理职能转变、简政放权。加强风电产业监测和评价体系建设，有序推进风电基地建设，采取有针对性的措施解决弃风限电问题，使风电产业继续保持了平稳较快发展势头。 2013年，全国新增风电并网容量1449万千瓦，累计并网容量7716万千瓦，同比增长23％。年发电量 1349亿千瓦时，同比增长34％。风电利用小时数达到2074小时，同比提高184小时。平均弃风率11％，比 2012年降低6个百分点。全国新增核准容量3069万千瓦，累计核准容量1．37亿千瓦，累计在建容量6023 万千瓦。 2013年，全国风电项目布局得到优化，“三北”地区弃风限电情况明显好转，中东部和南部地区风电加快发展，补贴效率进一步提高，风电设备制造业加快复苏，出口风电机组338台、总容量65万千瓦，出口国家扩展到美国、意大利、澳大利亚等21个国家和地区。据介绍，2014年国家能源局将进一步优化风电开发布局，积极推动海上风电开发建设，结合大气污染防治工作，加快推动清洁能源替代，有序推进承德风电基地二期项目、乌兰察布和锡林郭勒风电基地规划，利用哈密一郑州士800千伏输电线路开展“风火打捆”输电示范研究，积累风电消纳示范运行经验，对拟规划建设的12条大气污染防治输电通道开展风电消纳论证，努力促进风电产业持续健康发展。预计到2014年底，全国风电并网装机容量超过9000万千瓦，年发电量达到1750亿千瓦时。转自国家重大技术装备网 g；q≠≈oSⅥ≠^}；Ⅵ；“2=吨f^}；℃f^蜗 1 0 万方数据

磁导航AGV控制系统的设计与实现作者：郑炳坤，赖乙宗，叶峰， ZHENG Bing-kun， LAI Yi-zong， YE Feng 作者单位：刊名：英文刊名：华南理工大学机械与汽车工程学院,广州,510640 自动化与仪表 Automation & Instrumentation 年，卷(期)：本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zdhyyb201403002.aspx 2014,29(3)

分享到：

赞收藏

资料库

AGV磁导航控制系统设计与实现.pdf

相关推荐

行业

热门标签

最新资料