CN104122895A - 一种基于自适应pid的agv导航方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于自适应PID的AGV导航方法，应用该方法的小车开始运行时传感器阵列开始自动采集磁位置信号；首先通过平滑滤波去掉噪声，让输入更加准确；然后通过移动窗滤波滤去由于磁力线分布不均匀的噪声；如果读取到转弯卡，则需要启动左右滤波滤除路口多余节点带来的噪声；然后将去噪的状态码输入偏差作为PID控制的输入，通过自适应的PID参数调节输出较优的左右轮速度差；然后通过电机差速控制单元去控制电机转速，保障巡线正常运行。该导航方法控制小车使得小车巡线速度大大加快，分叉路口转弯成功率高，动态摆动幅度小，静态偏差很小，在局部出现磁条损坏下，仍可巡线，在一定的干扰下，可以在小于10个周期内返回线上。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制领域，特别是一种基于自适应PID的AGV导航方法。
背景技术
目前AGV(自动引导小车)已经成为智能制造、先进物流以及数字化工厂中的重要设备，作为方便工厂运输、提高生产效率具有非常重要的作用。而所谓自动引导,即是沿着指定轨迹运行,目前常见的巡线导航有光电传感器、视觉、激光和磁导航传感器等等，对于光电传感器，配合黑白胶带整体便宜、简单，但是信号很容易因为地面不平导致不稳、胶带易受灰尘、垃圾影响等，导致巡线不能很稳定；视觉可视范围大，对线的要求不高，但是很容易受光线影响，且视频采集处理卡价格不菲，采样频率不高。而实际中的工厂的环境相当恶劣，灰尘、铁屑、地面不平、推车叉车和人为踩踏等造成光电和视觉很难工程化，所以磁导航成为一种工厂可行的方法。
目前行业内的磁导航方式也是各式各样，各有各的特点，有单排模拟的、有前后两排方式的、也多个阵列式的、也有单排数字的，而单排磁传感器是成本较低的方式，但是由于相比阵列或者多排，少了一些位置的状态，特别是PID的参数确定，由于其控制模型和实际情况具有较大耦合性，很难单一地，统一地确定其控制参数，因此从高速、稳定的目的出发很难有基于单排比较成功的控制方式，但是我们从工业高速稳定的AGV使用需求以及成本考虑，通过理论计算和实践，发明出一种基于单排数字信号的磁条导航的高速稳定运行的方法，经试验和产品在实际工厂中的运行反馈，该方法较其他导航方法有效。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用单排磁导航，AGV运行速度快、交叉路口转弯成功率高，动态摆幅小，在局部磁条损坏下仍可巡线的基于自适应PID的AGV导航方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于自适应PID的AGV导航方法，它包括以下步骤：
S1，采样：根据传感器的输出接口，采用对应的采样方式对传感器进行采样，将传感器的状态信息上传给控制板；
S2，平滑滤波：对步骤S1采集的传感器状态信息进行滤波处理，消除因磁条本身制造时分布不均匀、转弯处磁条相交磁场分布不均匀、AGV本身震动以及电机电流突变所引入的噪声信号；
S3，移动窗滤波：移动窗去寻找长度为设定窗长的数据，并且将不满足窗长的数据平滑掉，滤去由于磁力线分布不均匀的噪声；
S4，左右滤波：如果AGV在路口将会由射频卡提醒AGV将向左或者向右运行，向左则以左边传感器的状态为准，向右则以右边传感器的状态为准，过滤掉其余方向上的信号；
S5，状态码分配：根据AGV与线的偏差来进行状态的取值，根据上一时刻的状态来确定状态码，用状态码描述AGV的偏离摆正状态，偏差较大时使用较大的状态码；
S6，自适应PID计算：将步骤S5得到的状态码作为控制算法的输入，通过实验数据的最优拟合公式计算出的PID参数对小车行驶进行控制，使得小车静态摆幅小、动态幅度小、速度较快且能巡曲率较大的线。
S7，控制电机差速：通过步骤S6所产生的左右轮电机控制输入占空比之间的差值，转化为相应的PWM以控制左右两电机的差速运行，使巡线正常运行。
所述的平滑滤波采用中值滤波技术。
所述的采样方式为TTL方式
所述的传感器为磁传感器。
所述的状态包括摆正；左偏，右转；右偏，左转；状态码0表示摆正，状态码为负表示左偏，右转，状态码为正表示右偏，左转，传感器阵列与磁条偏差较大时状态码绝对值也较大。
所述的PID计算最右拟合公式为P=f(v,error)P0,I= f(v,error)I0,D= f(v,error)D0,其中P0、I0、D0为仿真和试验景点参数值，f(v,error)为通过试验数据最优拟合公式。
所述的采样频率大于计算处理、电机的执行频率，使得计算输入和电机控制能持续进行，采样频率需满足大于最高速度更新线宽频率两倍以上。
本发明的有益效果是：该导航方法控制小车使得小车巡线速度大大加快，分叉路口转弯成功率高，动态摆动幅度小，静态偏差很小，在局部出现磁条损坏下，仍可巡线，在一定的干扰下，可以在小于10个周期内返回线上。
附图说明
图1为AGV导航方法原理框图；
图2为移动窗滤波原理；
图3为左右滤波原理。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1、图2和图3所示，一种基于自适应PID的AGV导航方法，它包括以下步骤：
S1，采样：根据传感器的输出接口，采用对应的采样方式对传感器进行采样，将传感器的状态信息上传给控制板；
S2，平滑滤波：对步骤S1采集的传感器状态信息进行滤波处理，消除因磁条本身制造时分布不均匀、转弯处磁条相交磁场分布不均匀、AGV本身震动以及电机电流突变所引入的噪声信号；
S3，移动窗滤波：移动窗去寻找长度为设定窗长的数据，并且将不满足窗长的数据平滑掉，滤去由于磁力线分布不均匀的噪声；
S4，左右滤波：如果AGV在路口将会由射频卡提醒AGV将向左或者向右运行，向左则以左边传感器的状态为准，向右则以右边传感器的状态为准，过滤掉其余方向上的信号；
S5，状态码分配：根据AGV与线的偏差来进行状态的取值，根据上一时刻的状态来确定状态码，用状态码描述AGV的偏离摆正状态，偏差较大时使用较大的状态码；
S6，自适应PID计算：将步骤S5得到的状态码作为控制算法的输入，通过实验数据的最优拟合公式计算出的PID参数对小车行驶进行控制，使得小车静态摆幅小、动态幅度小、速度较快且能巡曲率较大的线。
S7，控制电机差速：通过步骤S6所产生的左右轮电机控制输入占空比之间的差值，转化为相应的PWM以控制左右两电机的差速运行，使巡线正常运行。
所述的平滑滤波采用中值滤波技术。
所述的采样方式为TTL方式
所述的传感器为磁传感器。
所述的状态包括摆正；左偏，右转；右偏，左转；状态码0表示摆正，状态码为负表示左偏，右转，状态码为正表示右偏，左转，传感器阵列与磁条偏差较大时状态码绝对值也较大。
所述的PID计算最右拟合公式为P=f(v,error)P0,I= f(v,error)I0,D= f(v,error)D0,其中P0、I0、D0为仿真和试验景点参数值，f(v,error)为通过试验数据最优拟合公式。
所述的采样频率大于计算处理、电机的执行频率，使得计算输入和电机控制能持续进行，采样频率需满足大于最高速度更新线宽频率两倍以上。 传感器阵列、平滑滤波、移动窗滤波、左右滤波、状态分配、自适应PID以及控制电机差速成级联关系，而AGV由于控制电机差速单元导致位置变化，然后通过传感器阵列形成反馈。
AGV上电运行在建立好的AGV路径上，AGV开始运行时传感器阵列开始自动采集磁位置信号；首先通过平滑滤波去掉噪声，让输入更加准确；然后通过移动窗滤波滤去由于磁力线分布不均匀的噪声；如果读取到转弯卡，则需要启动左右滤波单元滤波路口多余节点带来的噪声；然后将去噪的状态码输入偏差作为PID控制的输入，通过自适应的PID参数调节输出较优的左右轮速度差；然后通过电机差速控制单元去控制电机转速；最后巡线正常运行。
Claims (8)
1.一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1，采样：根据传感器的输出接口，采用对应的采样方式对传感器进行采样，将传感器的状态信息上传给控制板；
S2，平滑滤波：对步骤S1采集的传感器状态信息进行滤波处理，消除因磁条本身制造时分布不均匀、转弯处磁条相交磁场分布不均匀、AGV本身震动以及电机电流突变所引入的噪声信号；
S3，移动窗滤波：移动窗去寻找长度为设定窗长的数据，并且将不满足窗长的数据平滑掉，滤去由于磁力线分布不均匀的噪声；
S4，左右滤波：如果AGV在路口将会由射频卡提醒AGV将向左或者向右运行，向左则以左边传感器的状态为准，向右则以右边传感器的状态为准，过滤掉其余方向上的信号；
S5，状态码分配：根据AGV与线的偏差来进行状态的取值，根据上一时刻的状态来确定状态码，用状态码描述AGV的偏离摆正状态，偏差较大时使用较大的状态码；
S6，自适应PID计算：将步骤S5得到的状态码作为控制算法的输入，通过实验数据的最优拟合公式计算出的PID参数对小车行驶进行控制，使得小车静态摆幅小、动态幅度小、速度较快且能巡曲率较大的线。
2.S7，控制电机差速：通过步骤S6所产生的左右轮电机控制输入占空比之间的差值（修改之处），转化为相应的PWM以控制左右两电机的差速运行，使巡线正常运行。
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的平滑滤波采用中值滤波技术。
4.根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的采样方式为TTL方式。
5.根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的传感器为磁传感器。
6.根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的状态包括摆正；左偏，右转；右偏，左转；状态码0表示摆正，状态码为负表示左偏，右转，状态码为正表示右偏，左转，传感器阵列与磁条偏差较大时状态码绝对值也较大。
7.根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的PID计算最右拟合公式为P=f(v,error)P0,I= f(v,error)I0,D= f(v,error)D0,其中P0、I0、D0为仿真和试验景点参数值，f(v,error)为通过试验数据最优拟合公式。
8.根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的采样频率大于计算处理、电机的执行频率，使得计算输入和电机控制能持续进行，采样频率需满足大于最高速度更新线宽频率两倍以上。
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