CN106909160B - 一种基于双闭环pid控制的sd型agv倒车姿态角控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，包括控制器，控制器设置在AGV车体上；第一磁导航传感器，第一磁导航传感器设置在AGV车头，第一磁导航传感器接入到所述控制器的GPIO口；第二磁导航传感器，第二磁导航传感器设置在AGV后部，第二磁导航传感器接入到所述控制器的GPIO口；运动控制器，运动控制器与控制器采用CAN通信连接；伺服闭环控制系统，伺服闭环控制系统通过RS485与控制器通信连接。本发明经过两级PID控制运算，得出AGV车体倒车的姿态角打角值，解决了现有技术中SD型AGV只能单向行走缺少倒车功能的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及AGV领域，尤其涉及一种基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置及方法。
背景技术
AGV是Automated Guided Vehicle的缩写，意即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，AGV属于轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot)的范畴。
AGV通过装备有电磁、光学陀螺仪、激光导航仪或GPRS等自动导引装置，能够沿着规划的路径实现物流输送的任务。随着工厂自动化水平的提高及人力资源成本的猛增，AGV在国内得到迅猛的发展，在电力电子、家电、烟草等行业得到广泛的应用。随着中国制造2015、工业4.0及互联网+时代的推进，AGV及AGVS在现代制造工厂及物流行业更加有很高的发展空间。
目前，广泛使用的AGV主要是小型的潜伏式或拖曳式车型，采用的驱动方式是前后轮差速驱动。SD型AGV采用单轮驱动的方式，车体结构采用单轮驱动及转向，另外两轮作为车体承重轮。基于单轮驱动及转向的方式，SD型AGV在倒车过程中，控制方式比较特别，除了需要控制车体的横向距离偏差以外，还需要控制车体与导航磁条之间的姿态角。目前现有的SD型AGV都只能单向行走而缺少倒车的功能，灵活性比较差，因此，基于实际的功能需求，需要解决目前SD型AGV倒车姿态角控制的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置及方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，包括
--控制器，所述控制器设置在AGV车体上；
--第一磁导航传感器，所述第一磁导航传感器设置在AGV车头，所述第一磁导航传感器接入到所述控制器的GPIO口；
--第二磁导航传感器，所述第二磁导航传感器设置在AGV后部，所述第二磁导航传感器接入到所述控制器的GPIO口；
--运动控制器，所述运动控制器设置在AGV车体上，所述运动控制器与控制器采用CAN通信连接；
--伺服闭环控制系统，所述伺服闭环控制系统通过RS485与控制器通信连接，从而接收姿态角调整指令。
进一步地，所述闭环伺服控制系统包括相互通信连接的伺服驱动器、旋转编码器和伺服转向电机。
进一步地，所述控制器为STM32F103ZTE芯片。
进一步地，所述控制器采用LQFP封装形式。
进一步地，所述第一磁导航传感器和第二磁导航传感器分别为16位磁导航传感器和8位磁导航传感器，且第一磁导航传感器和第二磁导航传感器采用NPN输入。
进一步地，所述第一磁导航传感器和第二磁导航传感器的安装间距D为188cm。
同时，本发明还提供了一种基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制方法，包括以下步骤：
S1：预设第一磁导航传感器的中心位置值SP1和第二磁导航传感器的中心位置值SP2；
S2：根据第一磁导航传感器的实际检测值PV1，计算获得第一磁导航传感器的中心位置值SP1与实际检测值PV1的差值E1，其中，E1＝SP1-PV1；
根据第二磁导航传感器的实际检测值PV2，计算获得第二磁导航传感器的中心位置值SP2与实际检测值PV2的差值E2，其中，E2＝SP2-PV2；
S3：将E2进行第一级距离偏差PID运算并输出运算结果SP3；
S4：根据第一磁导航传感器和第二磁导航传感器的安装间距D及E1和E2，计算获得实际姿态角的计算值PV3，其中，PV3＝(E2-E1)/D；
S5：计算获得预设姿态角与实际姿态角的差值E3，其中，E3＝SP3-PV3；
S6：将E3作为第二级姿态角PID运算的输入值，运算输出结果α即为AGV车体倒车的姿态角打角值。
进一步地，上述步骤包含以下特征：所述SP1＝7.5cm，SP2＝3.5cm，D＝188cm。
进一步地，上述步骤包含以下特征：初始状态或稳定运行状态下，E1＝0，E2＝0。
相对于现有技术，本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置通过在AGV上设置第一磁导航传感器和第二磁导航传感器，并将二者的检测值输入控制器，经过两级PID控制运算，得出AGV车体倒车的姿态角打角值，解决了现有技术中SD型AGV只能单向行走缺少倒车功能的技术难题，具有突破意义。本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制方法采用两级双闭环PID的运算，突破了现有技术中采用单PID控制的技术缺陷，在SD型AGV领域，具有很强的指导意义和推广价值。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置的连接示意图。
图2是磁导航传感器的安装位置示意图。
图3是SD型AGV的运动数学模型图。
图4是本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制方法的系统控制框图。
具体实施方式
请参阅图1-图4。图1是本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置的连接示意图。图2是磁导航传感器的安装位置示意图。图3是SD型AGV的运动数学模型图。图4是本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制方法的系统控制框图。本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，包括
--控制器3，控制器3设置在AGV车体上；
--第一磁导航传感器1，第一磁导航传感器1设置在AGV车头，第一磁导航传感器1接入到控制器3的GPIO口；
--第二磁导航传感器2，第二磁导航传感器2设置在AGV后部的落地叉处，第二磁导航传感器2接入到控制器3的GPIO口；
--运动控制器4，运动控制器4设置在AGV车体上，运动控制器4与控制器3采用CAN通信连接，控制器3通过接收运动控制器4发送的动作指令，执行相应的算法程序；
--伺服闭环控制系统，伺服闭环控制系统通过RS485与控制器通信连接，从而接收姿态角调整指令。
具体地，闭环伺服控制系统包括相互通信连接的伺服驱动器、旋转编码器和伺服转向电机，伺服转向电机通过齿轮的方式来实现驱动轮的转向。本实施例的控制器3为STM32F103ZTE芯片并采用LQFP封装形式。
第一磁导航传感器1和第二磁导航传感器2分别为16位磁导航传感器和8位磁导航传感器，且第一磁导航传感器1和第二磁导航传感器2采用NPN输入，二者的输入信号经过软件的滤波处理，消除对算法的噪声干扰。本实施例优选地将第一磁导航传感器1和第二磁导航传感器2的安装间距D设置为D＝188cm，并且，优选地将第一磁导航传感器1的中心位置值SP1设置为SP1＝7.5cm，第二磁导航传感器2的中心位置值SP2设置为SP2＝3.5cm。
为了更好地理解本发明，本实施例优选地在图2中标示了AGV的前轮10、后轮20以及设置在AGV车体下的导航磁条30。本实施例的前轮10为AGV车体的驱动轮，两个后轮20则为AGV车体的承重轮。
本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置在控制算法上采用两级双闭环PID的控制方法，下面具体说明该方法。
本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制方法，包括以下步骤：
S1：预设第一磁导航传感器的中心位置值SP1和第二磁导航传感器的中心位置值SP2。
通过运算控制器4对AGV车体的运动进行预设，本实施例的第一磁导航传感器的中心位置值SP1预设为7.5cm，第二磁导航传感器的中心位置值SP2预设为3.5cm。
S2：根据第一磁导航传感器的实际检测值PV1，计算获得第一磁导航传感器的中心位置值SP1与实际检测值PV1的差值E1，其中，E1＝SP1-PV1。
根据第二磁导航传感器的实际检测值PV2，计算获得第二磁导航传感器的中心位置值SP2与实际检测值PV2的差值E2，其中，E2＝SP2-PV2。
请参阅图2，当AGV车体处于稳定运行状态或初始状态时，第一磁导航传感器1及第二磁导航传感器2的中心位置均位于导航磁条30的正上方，即此时，E1＝0，E2＝0。
S3：将E2进行第一级距离偏差PID运算并输出运算结果SP3。
S4：根据第一磁导航传感器和第二磁导航传感器的安装间距D及E1和E2，计算获得实际姿态角的计算值PV3，其中，PV3＝(E2-E1)/D。
如图3所示，箭头方向表示AGV车体处于倒车状态，其中，AGV车体与X方向之间的夹角θ表示AGV车体的实际姿态角，由几何关系，可以算出AGV车体的实际姿态角θ的计算值PV3＝(E2-E1)/D。实际姿态角θ的计算值PV3作为第二级姿态角PID运算的预设输入姿态角值。
S5：计算获得预设姿态角与实际姿态角的差值E3，其中，E3＝SP3-PV3。
根据SD型AGV的运动数学模型，将计算得出的预设姿态角与实际姿态角的差值E3作为第二级姿态角PID控制的输入值。
S6：将E3作为第二级姿态角PID运算的输入值，运算输出结果α即为AGV车体倒车的姿态角打角值。
根据第二级姿态角PID运算的计算结果，将姿态角打角值α的指令传送给闭环伺服控制系统的伺服转向电机，从而平稳地控制AGV车体倒车的姿态角。
相对于现有技术，本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置通过在AGV上设置第一磁导航传感器和第二磁导航传感器，并将二者的检测值输入控制器，经过两级PID控制运算，得出AGV车体倒车的姿态角打角值，解决了现有技术中SD型AGV只能单向行走缺少倒车功能的技术难题，具有突破意义。本发明的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制方法采用两级双闭环PID的运算，突破了现有技术中采用单PID控制的技术缺陷，在SD型AGV领域，具有很强的指导意义和推广价值。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (8)
1.一种基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，其特征在于：包括
控制器，所述控制器设置在AGV车体上；
第一磁导航传感器，所述第一磁导航传感器设置在AGV车头，所述第一磁导航传感器接入到所述控制器的GPIO口，用于获取所述第一磁导航传感器的实际检测值；
第二磁导航传感器，所述第二磁导航传感器设置在AGV后部，所述第二磁导航传感器接
入到所述控制器的GPIO口，用于获取所述第二磁导航传感器的实际检测值；
运动控制器，所述运动控制器设置在AGV车体上，所述运动控制器与控制器采用CAN通信连接；
伺服闭环控制系统，所述伺服闭环控制系统通过RS485与控制器通信连接，从而接收姿态角调整指令；
所述控制器用于接收所述第一磁导航传感器的实际检测值和所述第二磁导航传感器的实际检测值，经过两级PID控制运算，得出AGV车体倒车的姿态角打角值；
其中，预设第一磁导航传感器的中心位置值SP1和第二磁导航传感器的中心位置值SP2；
根据第一磁导航传感器的实际检测值PV1，计算获得第一磁导航传感器的中心位置值SP1与实际检测值PV1的差值E1，其中，E1=SP1-PV1；
根据第二磁导航传感器的实际检测值PV2，计算获得第二磁导航传感器的中心位置值SP2与实际检测值PV2的差值E2， 其中，E2=SP2-PV2；
将E2进行第一级距离偏差PID运算并输出运算结果SP3；
根据第一磁导航传感器和第二磁导航传感器的安装间距D及E1和E2，计算获得实际姿态角的计算值PV3，其中，PV3=（E2-E1）/D；
计算获得预设姿态角与实际姿态角的差值E3，其中，E3=SP3-PV3；
将E3作为第二级姿态角PID运算的输入值，运算输出结果α即为AGV车体倒车的姿态角打角值。
2.根据权利要求1所述的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，其特征在于：所述伺服闭环控制系统包括相互通信连接的伺服驱动器、旋转编码器和伺服转向电机。
3.根据权利要求1所述的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，其特征在于：所述控制器为STM32F103ZTE芯片。
4.根据权利要求1所述的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，其特征在于：所述控制器采用LQFP封装形式。
5.根据权利要求1所述的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，其特征在于：所述第一磁导航传感器和第二磁导航传感器分别为16位磁导航传感器和8位磁导航传感器，且第一磁导航传感器和第二磁导航传感器采用NPN输入。
6.根据权利要求1所述的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，其特征在于：所述第一磁导航传感器和第二磁导航传感器的安装间距D为188cm。
7.根据权利要求1所述的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，其特征在于：所述SP1=7.5cm，SP2=3.5cm，D=188cm。
8.根据权利要求1所述的基于双闭环PID控制的SD型AGV倒车姿态角控制装置，其特征在于：初始状态或稳定运行状态下，E1=0，E2=0。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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