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基于DSP的AGV控制方法研究及控制器研制

作　者: 孙孝猛
导　师: 吕广明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: AGV 控制系统软硬件设计 DSP 双闭环控制方法实验研究
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

自动导引车（AGV）是一种典型的集光、机、电于一体的物流运输设备，其在自动化仓库和产品制造装配线上的应用可以很大程度上缩减物流运输的成本和时间，提高生产效率。本课题中完成了一套低成本、适合实验室条件使用的AGV控制系统的软、硬件开发，并在此基础上完成对AGV的自动导引控制的控制方法研究和相应的实验研究。本系统中采用的主控芯片为TI公司的TMS320F2812型DSP芯片，该芯片集成了AGV自动导引控制中需要用到的AD采集模块、正交编码采集模块及PWM信号发生模块，可以简化控制电路的设计并提高其稳定性。控制系统硬件电路采用模块化的设计方式，除主控电路板外，还完成对PWM驱动器、无线通信模块、红外避障模块和工位检测模块的设计。同时，完成DSP的软件程序开发，为提高软件的运行效率，软件编写多采用中断服务子程序的方式。AGV自动导引控制系统是一个典型的非线性、时变的控制系统，本文针对这种控制系统的特点提出了一套位置环采用模糊控制，速度环采用PID控制的双闭环控制方法。首先对AGV自动导引控制系统进行了建模，所建立模型为考虑左右驱动电机动力耦合问题的双闭环反馈的模型。然后完成了对AGV自动导引速度闭环PID控制器和位置闭环模糊控制器的设计。最后，将前面设计的控制系统硬件电路的各模块安装到AGV机械本体上、完成所开发软件的在线调试，并在室内铺设了一条模拟现场环境的导引路径。利用这一实验平台首先完成了对所设计控制系统软、硬件性能的测试，主要包括运行速度测试、负重能力测试、纠偏能力测试、不同速度下最小转弯半径测试以及对红外避障模块、无线通信模块和工位检测模块的测试。然后对本文中设计的控制方法与位置单闭环的控制方法和位置环、速度环均采用PID控制的控制方法进行了对比实验研究。实验结果表明本文采取的控制方法避免了位置单闭环控制方法存在的“卡死”现象和转向力不足问题；相对于位置环、速度环均采用PID控制的控制方法，减少了出现大偏差时的震荡摇摆现象的发生，提高了纠偏速度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题研究的目的和意义  8-9
  1.2 AGV控制系统国内外发展现状及趋势  9-12
    1.2.1 AGV国内外发展现状  9-11
    1.2.2 AGV控制系统关键技术及发展趋势  11-12
  1.3 本课题主要研究内容  12-14
第2章基于DSP的AGV控制系统软硬件开发  14-38
  2.1 AGV导引转向方式及工作过程分析  14-16
  2.2 基于DSP的AGV控制系统硬件设计  16-32
    2.2.1 AGV控制系统硬件总体设计  16-17
    2.2.2 AGV控制系统主控电路设计  17-23
    2.2.3 AGV左右驱动轮PWM驱动器设计  23-27
    2.2.4 AGV控制系统无线通信模块设计  27-29
    2.2.5 AGV控制系统其它模块设计  29-32
  2.3 基于DSP的AGV控制系统软件设计  32-37
    2.3.1 AGV控制系统软件总体设计  32-33
    2.3.2 AGV主程序各模块初始化设置  33-34
    2.3.3 AGV各模块中断服务子程序设计  34-37
  2.4 本章小结  37-38
第3章 AGV自动导引控制系统建模与控制算法研究  38-55
  3.1 AGV自动导引控制系统建模  38-45
    3.1.1 AGV左右驱动电机动力耦合模型  38-42
    3.1.2 AGV控制系统其他各模块建模  42-45
  3.2 AGV自动导引控制系统速度闭环PID控制器设计  45-47
    3.2.1 AGV速度采用闭环控制的必要性分析  45-46
    3.2.2 AGV速度闭环PID控制器的参数整定  46-47
  3.3 AGV自动导引控制系统位置闭环模糊控制器设计  47-54
    3.3.1 AGV位置闭环控制算法的选取  47-48
    3.3.2 AGV位置闭环模糊控制器的设计  48-51
    3.3.3 AGV位置闭环模糊控制器仿真分析  51-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章 AGV自动导引控制系统实验研究  55-65
  4.1 AGV自动导引控制实验平台搭建  55-58
    4.1.1 AGV控制系统各模块安装与在线调试  55-57
    4.1.2 AGV导引路径搭建  57-58
  4.2 AGV控制系统性能验证实验  58-61
    4.2.1 AGV自动导引主功能性能实验  58-60
    4.2.2 AGV辅助模块性能实验  60-61
  4.3 AGV控制算法实验研究  61-64
    4.3.1 单环控制与双环控制对比实验研究  61-63
    4.3.2 位置环PID控制与模糊控制对比实验研究  63-64
  4.4 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

基于DSP的AGV控制方法研究及控制器研制

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