基于模糊PID的双舵轮AGV控制系统设计

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在这个科技飞速发展的时代,随着世界对制造业的要求越来越高,自动化、智能制造、柔性生产单元成为了企业发展的目标。要实现这些目标,工业机器人,视觉系统,无人化车间这些名词逐渐被人们所熟悉。而AGV(即自动导向小车)是一种集自动化、各种传感器技术、高精度控制系统与一身的设备,在自动化需求极大的时代,AGV的发展具有很重要的现实意义。本课题通过分析AGV小车的结构特点,以对角布置双舵轮驱动AGV为研究对象,建立其运动学模型以及系统的状态空间方程,利用模糊控制不需要精确数学模型的特点,以及对非线性系统较好的控制性,采用模糊控制技术与PID控制结合的方式,来调节小车在路径跟踪过程中产生的位置偏差与角度偏差,来提高AGV小车的工作效率。首先,本文分析了AGV的驱动方式和运动特性的关系,提出一种对角布置舵轮驱动,配合两个万向轮的AGV结构,分析了这种结构的性能,并建立它的运动学模型,计算它的运动学方程,分析其二自由度模型下前后轮转角与质心坐标的关系,建立了以行驶过程中偏差为变量的状态方程,在此基础上,代入电机物理学公式,从而建立了整个AGV系统的状态空间表达式。其次,由于建模条件过于理想,AGV在实际运行过程中纠偏效果并不显著。因此引入了模糊控制理论,发挥模糊控制对非线性系统的准确控制,以及不依赖被控对象精确数学模型的特点,设计了一款模糊控制器,通过系统的测量与反馈的数据,得到AGV当前的位姿,将AGV行驶角度偏差与位置偏差作为模糊控制器的输入,输出为AGV前舵轮的转角,并且确定了这些变量对应到模糊集合上的范围和隶属度函数,制定了模糊控制器的推理规则。在前面分析的基础上,考虑到模糊控制存在盲区,以及单一控制器无法满足精确的控制要求,本文结合二者优点,将模糊控制器与PID控制器结合起来,设置一个虚拟开关来判断什么时候使用哪种控制方法。最后将所设计的控制器在MATLAB/Simulink中做仿真实验,观察跟踪路径的效果,得出结论所设计的PID与模糊控制结合的控制器可以较好的进行路径跟踪,纠偏速度较快,且稳定性较好。
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