CN114153138B - 一种agv多轮系统及其同步控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及AGV多轮同步转向控制领域，尤其涉及一种利用模糊控制算法优化主从式与交叉耦合式同步控制策略实现高精度的轮系系统同步的控制方法。本发明提供的一种AGV多轮同步转向控制方法同时采用交叉耦合与主从控制方式为多轮系结构高精度转向同步控制提供了底层解决方案；用模糊控制优化交叉耦合控制方式，在线调整补偿值，提高了交叉耦合控制精度；模糊PID控制策略提高了主从控制的快速性，进而提高了AGV的定位精度，各轮实现高精度同步控制，有效改善运行过程中因车轮转向不同步造成的车轮磨损。
Description
技术领域
本发明涉及AGV多轮同步转向控制领域，尤其涉及一种利用模糊控制算法优化主从式与交叉耦合式同步控制策略实现高精度的轮系系统同步的控制方法。
背景技术
传统制造车间的物流通常以吊车或有轨电动平车来实现，存在生产效率低、安全隐患大，智能化水平低等问题，无法满足智能制造车间的发展要求。AGV系统不受场地、物流通道和空间限制，可实现毫米级精确定位，在工厂物流系统中，可充分体现其柔性，实现高效、经济、灵活的自动化物料转运。AGV通常需要所有车轮都具有转向功能，最为常见的是四轮系结构，对于重载AGV而言轮系会更为复杂。而转向轮同步转向的精度会直接影响AGV的定位精度，因此转向轮同步控制是AGV运动控制的一项关键技术。
发明内容
本发明提供了一种AGV多轮同步转向控制方法，目的在于提高转向轮同步转向的精度，进而提高AGV整体的定位与运动精度，同时有效减小车轮的磨损。
第一方面，本发明提供了一种AGV多轮系统，包括：轮系系统、模糊PID、控制器；所述轮系系统包括舵轮以及转向轮；所述控制器包括模糊控制器及反馈控制器；所述舵轮以及所述转向轮上均设置所述模糊PID以及所述反馈控制器；所述舵轮与所述模糊控制器串联设置，所述舵轮与所述转向轮并联设置。
第二方面，本发明提供了一种AGV多轮系统的一种AGV多轮同步转向控制方法，其特征在于，具体按照如下步骤进行：
第一步：建立模糊交叉耦合系统：输入角度给定值，所述舵轮接收所述角度给定值后，所述舵轮输出反馈值至所述第一模糊PID及所述模糊控制器，所述第一模糊PID输出第一补偿值至所述舵轮，调整所述舵轮的转向角度后，所述模糊控制器输出第二补偿值至所述舵轮，再次调整所述转向角度；
第二步：建立主从控制的所述轮系系统，所述舵轮作为所述轮系系统的主动轮，所述转向轮作为所述轮系系统的从动轮，所述反馈值输入第二模糊PID，所述第二模糊PID输出转向值至所述转向轮，以此实现主从控制；
第三步：设置参数：所述模糊控制器设置参数，所述参数通过建立模糊规则获得，所述模糊控制器的结构包括模糊因子及比例因子。
具体的，所述舵轮设置若干个，若干个所述舵轮接收同一个所述角度给定值。
具体的，第一舵轮在接收到所述角度给定值后输出第一反馈值至所述第一模糊PID及所述模糊控制器，所述第一模糊PID与所述角度给定值的差值为所述第一补偿值，所述第一补偿值为所述第一舵轮的输入，同时，第二舵轮在接收到同一所述角度给定值后输出第二反馈值至第三模糊PID及所述模糊控制器，所述第三模糊PID与所述角度给定值的差值为第三补偿值，所述第三补偿值为所述第二舵轮的输入，所述第一反馈值与所述第二反馈值的差值为所述模糊控制器的输入，所述模糊控制器再输出所述第二补偿值，所述第二补偿值作为所述第一舵轮及所述第二舵轮的输入，完成所述第一舵轮及所述第二舵轮的同步控制。
具体的，所述转向轮设置若干个，所述转向轮与所述舵轮成比例对应，若干个所述转向轮的转向角度给定信号由对应的所述舵轮的所述反馈值提供。
具体的，所述第二补偿值的范围包括正大(PB)，正中(PM)，正小(PS)，零(Z)，负小(NS)，负中(NM)，负大(NB)。
具体的，所述模糊控制器在线调整所述第二补偿值，所述第一模糊PID和所述第二模糊PID及所述第三模糊PID在闭环控制中在线调整PID参数。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本发明提供的一种AGV多轮同步转向控制方法具有如下优点：同时采用交叉耦合与主从控制方式为多轮系结构高精度转向同步控制提供了底层解决方案；用模糊控制优化交叉耦合控制方式，在线调整补偿值，提高了交叉耦合控制精度；模糊PID控制策略提高了系统主从控制的快速性，进而提高了AGV的定位精度，各轮实现高精度同步控制，有效改善运行过程中因车轮转向不同步造成的车轮磨损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明实施例提供的AGV多轮同步控制结构示意图
图2本发明实施例提供的模糊控制器结构示意图
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一：
本发明提供了一种AGV多轮系统，包括：轮系系统、模糊PID、控制器；所述轮系系统包括舵轮以及转向轮；所述控制器包括模糊控制器及反馈控制器；所述舵轮以及所述转向轮上均设置所述模糊PID以及所述反馈控制器；所述舵轮与所述模糊控制器串联设置，所述舵轮与所述转向轮并联设置。
实施例二：
本发明提供了一种AGV多轮系统的一种AGV多轮同步转向控制方法，其特征在于，具体按照如下步骤进行：
第一步：建立模糊交叉耦合系统：输入角度给定值，所述舵轮接收所述角度给定值后，舵轮输出反馈值至所述第一模糊PID及所述模糊控制器，所述第一模糊PID输出第一补偿值至所述舵轮，调整所述舵轮的转向角度后，所述模糊控制器输出第二补偿值至所述舵轮，再次调整所述转向角度；
第二步：建立主从控制的所述轮系系统，所述舵轮作为所述轮系系统的主动轮，所述转向轮作为所述轮系系统的从动轮，所述反馈值输入第二模糊PID，所述第二模糊PID输出转向值至所述转向轮，以此实现主从控制；
第三步：所述模糊PID设置参数：所述参数通过建立模糊规则获得，所述模糊控制器的结构包括模糊因子及比例因子。
具体的，所述舵轮设置若干个，若干个所述舵轮接收同一个所述角度给定值。
具体的，第一舵轮在接收到所述角度给定值后输出第一反馈值至所述模糊控制器及所述第一模糊PID，所述第一模糊PID与所述角度给定值的差值为所述第一补偿值，所述第一补偿值为所述第一舵轮的输入，同时，第二舵轮在接收到同一所述角度给定值后输出第二反馈值至所述模糊控制器及第三模糊PID，所述第三模糊PID与所述角度给定值的差值为第三补偿值，所述第三补偿值为所述第二舵轮的输入，所述第一反馈值与所述第二反馈值的差值为偏差给定，所述偏差给定输入所述模糊控制器，所述模糊控制器再输出所述第二补偿值，所述第二补偿值作为所述第一舵轮及所述第二舵轮的输入，完成所述第一舵轮及所述第二舵轮的同步控制。
具体的，所述转向轮设置若干个，所述转向轮与所述舵轮成比例对应，若干个所述转向轮控制方法相同。
具体的，所述第二补偿值通过所述模糊因子以及所述比例因子得到，所述第二补偿值的范围包括正大(PB)，正中(PM)，正小(PS)，零(Z)，负小(NS)，负中(NM)，负大(NB)，偏差值E是所述第一反馈值与所述第二反馈值的差值，所述模糊规则反映所述模糊控制器所输出的补偿值与输入的所述偏差值的对应关系。当偏差值为正大值时，所对应的补偿值为正大值，当偏差值为负小值时，所对应的补偿值为正小值。
具体模糊规则如表1所示：
表1模糊规则表
| 偏差值E | PB | PM | PS | Z | NS | NM | NB |
| 补偿值D | PB | PM | PS | Z | PS | PM | PB |
具体的，所述模糊控制器在线调整所述第一补偿值及所述第二补偿值，所述第一模糊PID及所述第二模糊PID在闭环控制中在线调整PID参数。
实施例三：
以六轮系系统为例，但不局限于六轮系，六轮系系统由第一舵轮及第二舵轮与四个转向轮构成，每个舵轮及转向轮均设置模糊PID，第一舵轮及第二舵轮由模糊控制器控制，第一舵轮及第二舵轮接收同一所述角度给定值，在转向角度信号给定环节保证两个舵轮的同步，第一舵轮及第二舵轮的转向角度的反馈值的差值作为偏差给定输入所述模糊控制器，所述模糊控制器根据特定模糊规则输出相应的补偿值至第一舵轮及第二舵轮的模糊PID，该补偿值对于第一舵轮及第二舵轮作用相反，以此将第一舵轮与第二舵轮构成交叉耦合控制结构，当第一舵轮及第二舵轮因为地面凹坑或负载大小不同时，其反馈的差值会有所变化，模糊控制器根据这一变化按照所制定的模糊规则在线实时调整补偿值。
四个转向轮每两个分为一组，并与第一舵轮及第二舵轮的其中一个组成主从控制的结构，每组转向轮的转向角度给定信号由该组转向轮所对应的舵轮角度的反馈值提供，具体地说，第一转向轮与第二转向轮跟随第一舵轮运动，构成主从控制结构，第三转向轮与第四转向轮跟随第二舵轮运动，同样构成主从控制方式。
该六轮系结构中，共有六个转向角度都需要实现闭环控制，用模糊PID分别作为两个舵轮及四个转向轮的闭环调节器，模糊控制器及模糊PID作用于不同的控制环节，模糊控制器用于交叉耦合控制中在线调整补偿值，模糊PID用于闭环控制中在线调整PID参数。
用于优化交叉耦合控制方式的模糊控制器结构参考图2，第一舵轮与第二舵轮的偏差作为给定输入，通过模糊因子的作用使偏差值包含于偏差调整范围内，模糊控制器依据模糊规则调整输出量，输出量通过比例因子作用，得到期望的补偿值的范围，对于不同舵轮或者转向轮，调整模糊因子与比例因子以及初始PID参数，以达到系统最终的性能要求。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种AGV多轮系统同步转向控制方法，其特征在于，AGV多轮同步系统包括轮系系统、模糊PID、控制器；
所述轮系系统包括舵轮以及转向轮；
所述控制器包括模糊控制器及反馈控制器；
所述舵轮以及所述转向轮上均设置所述模糊PID以及所述反馈控制器；
所述舵轮与所述模糊控制器串联设置，所述舵轮与所述转向轮并联设置；
所述AGV多轮系统同步转向控制方法具体按照如下步骤进行：
第一步：建立模糊交叉耦合系统：输入角度给定值，所述舵轮设置若干个，若干个所述舵轮接收同一个所述角度给定值，所述舵轮接收所述角度给定值后，所述舵轮输出反馈值至第一模糊PID及所述模糊控制器，所述第一模糊PID输出第一补偿值至所述舵轮，调整所述舵轮的转向角度后，所述模糊控制器输出第二补偿值至所述舵轮，再次调整所述转向角度；
第二步：建立主从控制的所述轮系系统，所述舵轮作为所述轮系系统的主动轮，所述转向轮作为所述轮系系统的从动轮，所述反馈值输入第二模糊PID，所述第二模糊PID输出转向值至所述转向轮，以此实现主从控制；
第三步：设置参数：所述模糊控制器设置参数，所述参数通过建立模糊规则获得，所述模糊控制器的结构包括模糊因子及比例因子。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一舵轮在接收到所述角度给定值后输出第一反馈值至所述第一模糊PID及所述模糊控制器，所述第一模糊PID与所述角度给定值的差值为所述第一补偿值，所述第一补偿值为所述第一舵轮的输入，同时，第二舵轮在接收到同一所述角度给定值后输出第二反馈值至第三模糊PID及所述模糊控制器，所述第三模糊PID与所述角度给定值的差值为第三补偿值，所述第三补偿值为所述第二舵轮的输入，所述第一反馈值与所述第二反馈值的差值为所述模糊控制器的输入，所述模糊控制器再输出所述第二补偿值，所述第二补偿值作为所述第一舵轮及所述第二舵轮的输入，完成所述第一舵轮及所述第二舵轮的同步控制。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转向轮设置若干个，所述转向轮与所述舵轮成比例对应，若干个所述转向轮的转向角度给定信号由对应的所述舵轮的所述反馈值提供。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二补偿值的范围包括正大(PB)，正中(PM)，正小(PS)，零(Z)，负小(NS)，负中(NM)，负大(NB)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模糊控制器在线调整所述第二补偿值，所述第一模糊PID和所述第二模糊PID及第三模糊PID在闭环控制中在线调整PID参数。
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