基于模糊纠偏控制的磁导航AGV设计与实现
基于模糊控制器的磁引导AGV路径自动校正研究
基于模糊控制器的磁引导AGV路径自动校正研究曾炫;任彧【摘要】磁引导AGV（自动引导车）系统作为一种实用且相对稳定的引导系统被广泛应用于工业中。
在应用中由于系统的建模误差，外界干扰及其他不确定因素，小车会出现偏离其规划路径的情况。
为改进偏离误差，对AGV系统中路径导航模块进行了改进，建立了一个利用模糊控制器来实现在路径规划中进行路径校正的系统，并对系统进行了建模与仿真分析实现。
由实验结果分析，系统能够较好地进行路径的校正与跟踪。
%As a useful and robust method for guiding AGVs , magnetic guide method is widely used in industry .There are many deviations , which caused by modeling error , interferes and other uncertainties .Thus leading AGV deviated from there orbit .Fuzzy control algorithm is widely used in industrial systems .Aiming at improving this situation , a path correction system which using fuzzy controller to achieve better path orbit is designed .The simulation analysis was carried using MATLAB software , and the result indicates that the algorithm is effective .【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P58-62)【关键词】模糊控制;路径校正;自动引导车;磁引导【作者】曾炫;任彧【作者单位】杭州电子科技大学计算机学院，浙江杭州310018;杭州电子科技大学计算机学院，浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TP273+.4自动引导运输车(Automated Guided Vehicle， AGV)的应用已遍及各行各业，但也遭遇多种实际发展问题的阻扰。
磁导航agv纠偏控制模型的研究与设计
HE Cui1 YANG Guangyong1 SHI Xiongfeng2 XU Tianqi1 （1. Institute of Electrical and Information Engineering，Yunnan Minzu University，Kunming
（2. General Electric Medical System（China）Co.，Ltd.，Wuxi 214000）
摘 要 针对轮式移动机器人循迹偏差问题，以差速驱动型 AGV 为研究对象，基于 LQR（Linear Quadratic Regulator）线 性二次型最优控制算法设计磁导航 AGV 纠偏控制器，控制 AGV 速度实现循迹跟踪。通过对磁导航 AGV 偏差建模，将决定 AGV 运行的驱动电机线性化，建立其状态空间模型，判别系统能控、能观性；同时用 Matlab 进行仿真设计，实验得到最佳 Q、R 完成最优控制器设计；通过 Simulink 设计基于 LQR 最优控制算法的 AGV 纠偏控制系统模型，并与传统 PID 控制算法进行对 比分析表明，论文设计的基于 LQR 算法纠偏控制模型具有更好的收敛性和实时响应性。
∗ 收稿日期：2019 年 7 月 17 日，修回日期：2019 年 8 月 23 日 基金项目：国家自然科学基金项目（编号：61761049）；云南民族大学研究生创新基金项目（编号：2018YJCXS168）资 助。 作者简介：何翠，女，硕士研究生，研究方向：机器人控制。杨光永，男，博士，副教授，研究方向：智能控制，机器人技 术。史雄峰，男，硕士研究生，研究方向：智能控制与嵌入式系统设计。徐天奇，男，博士，教授，研究方向：智能控制。
650504）
Abstract Aiming at the problem of tracking deviation of wheeled mobile robots，the differential-driven AGV is taken as the research object. Based on LQR（Linear Quadratic Regulator）linear quadratic optimal control algorithm，a magnetic navigation AGV deviation correcting controller is designed to control the speed of AGV to achieve track tracking. By modeling the deviation of magnetic navigation AGV，the driving motor that determines the operation of AGV is linearized，and its state space model is estab⁃ lished to judge the controllability and observability of the system. At the same time，the simulation design is carried out with Matlab. The optimal Q and R are obtained from the simulation experiment to complete the optimal controller design. The model of AGV devi⁃ ation correction control system based on LQR optimal control algorithm is designed by Simulink and compared with traditional PID control algorithm. It is shown that in this paper based on LQR algorithm deviation control model has better convergence and re⁃ al-time response.
叉车式agv模糊控制系统的设计与试验研究
式遥 三轮式叉车 A G V 既不能自转也不能平移袁灵活
性和稳定性都较差[5]遥 五轮式叉车 A G V 相较于三轮
式袁在舵轮左右两侧各增加一个万向轮袁既提升了
支撑平衡的性能袁也能辅助转向袁综合性能优于三
轮式遥 在此所研究开发的五轮叉车式 A G V 的相关
尺寸如图 1 所示遥
1800 m m
150 m m
D O I院10.19557/ki.1001-9944.2020.03.007
控制系统与智能制造
叉车式 A G V 模糊控制系统的设计与试验研究
马 凯 1袁林义忠 1袁覃尚活 2袁王诗惠 1
渊1. 广西大学 机械工程学院袁南宁 5 3 00 0 4曰2. 桂林电子科技大学 北海校区袁北海 5 36 0 05 冤
摘要院 针对叉车式A G V 的结构和非完整约束的特点袁 提出了基于模糊控制理论的磁导引 A G V 的运动控制方案遥 在对车体位移偏差和方向角偏差模糊化的基础上袁根据模糊控制器 推理分析结果对A G V 的运动轨迹进行纠偏袁使A G V 始终沿着规定的磁导引路径运动遥 测试 结果表明袁该A G V 控制方法的轨迹跟踪精度完全可以满足运行要求遥 关键词院叉车式自动导引车曰磁导引曰模糊控制曰轨迹跟踪 中图分类号院T P242曰T H 242 文献标志码院A 文章编号院员园园员鄄怨怨源源渊圆园20冤03鄄园园27鄄园4
D esign and E xperim ental R esearch of the F uzzy C ontrol System for F orklift A G V
M A K ai1袁LIN Y i鄄zhong1袁Q IN Shang鄄huo2袁W A N G Shi鄄hui1
渊1.C ollege of M echanical E ngineering袁G uangxi U niversity袁N anning 530004袁C hina曰2.B eihai C am pus袁G uilin U niversity of E lectronic Science and Technology袁B eihai 536005袁C hina冤 A bstract院A ccording to the structure and non鄄holonom ic constraints of forklift autom ated guided vehicle渊A G V 冤袁a m otion control schem e of m agnetic guided A G V based on fuzzy control theory is proposed. O n the basis of fuzzing the displacem ent deviation and direction angle deviation of the vehicle body袁the m otion track of A G V is rectified accord鄄 ing to the inference analysis results of the fuzzy controller袁so that A G V alw ays m oves along the specified m agnetic guidance path. E xperim ental results show that the trajectory tracking accuracy of the A G V control m ethod can fully m eet the operational requirem ents. K ey w ords院forklift A G V 曰m agnetic guidance曰fuzzy control曰trajectory tracking
磁导航AGV分段模糊PI控制器设计
M aP i n X i a oQ u a n, K u a n i n x i a n Z h a n h i a n g, gJ g, gZ y g
1 1 2
1
t h es s t e mc o n t r o l l e r . Ap a t h i d e n t i f i c a t i o na n dt r a e c t o r r a c k i n l o r i t h mo nt h eb a s i so f t h e f o r ma r ep r o o s e d . B s i n h es u b s e c y j yt ga g p yu gt , , t i o nf u z z I c o n t r o lm e t h o d t h ep o s i t i o nd e v i a t i o na n da n l ed e v i a t i o no f t h eA G Vt r o l l e i n t h e t h r e e s t a t e s o f s t r a i h t l i n e t u r n i n n d yP g y g ga a r k i n a nb ec o n t r o l l e d . T h e nt h eS i m u l i n km o d u l e i su s e d t ob u i l da s i m u l a t i o nm o d e l o f t h e f u z z o n t r o l l e r t os i m u l a t e t h e t r a e c t o r p gc yc j y
, s i t i o nm a n e t i cs e n s o r r o u t r a c i n l i n d e r s e n s o r o f t h eA G Vi sd e s i n e d w h i c hu s e sS TM 3 2 F 4 0 7 Z G T 6m i c r o c o n t r o l l e r a s t h e c o r eo f g g p gc y g
基于PLC的磁导航AGV路径跟踪模糊控制研究
《装备制造技术》2018年第07期0前言自动引导小车AGV （automated guided vehicle ），是现代物流系统中的重要成员[1]，它具有自动化集成度高、柔性好、可靠性高、自动导航运行、安装便利及使用方便等特点[2]。
AGV 的导航方式众多，包括视觉导航、GPS 导航、激光导航、磁带导引[3]。
其中磁带导引由于实现简单，造价便宜，抗干扰能力强在工程领域应用最广。
磁导航AGV 的控制方法较常用的即传统的PID 控制，文献[4]用双磁导引方式得出AGV 的位置偏差和角度偏差然后用pid 算法实现车速的控制，但由于AGV 本身的非完整约束特性和非线性加上传感器精度不够[5]，传统的控制方法控制效果不佳且实现复杂，在以PLC 为核心的控制系统上很难实现。
故本文采用模糊控制方法进行AGV 路径跟踪控制。
1AGV 总体结构和控制系统组成本文设计的磁导航AGV 由本体结构、电气控制单元和传感器检测单元三部分组成，其总体结构如图1所示。
AGV 本体结构为六轮式结构，由位于车体中部驱动单元的两驱动轮和前后四个万向轮组成。
两驱动轮由两个步进电机通过差速驱动实现AGV 直行、转向、避障等运动。
电控单元中采用西门子S7-200系列PLC CPU224XP 作为主控制器，用PTO 脉冲输出方式完成AGV 加速启动和减速停止时的步进电机控制，PWM 脉冲输出方式完成轨迹跟踪时的电机控制。
传感器检测单元由用于磁条路径检测的磁传感器和用于避障的超声波传感器和接触式防撞传感器组成，其中磁传感器为AGV 的“眼睛”，通过读取磁条获取小车位置和偏移状态信息，主控制单元通过对其所得到的信息进行分析，得到不同偏移状态时的电机控制量，从而达到对AGV 准确控制的目的。
2AGV 循迹模糊控制器2.1AGV 循迹模糊控制器结构和模糊化本文设计的模糊控制器为单输入-单输出（SISO ）二维结构形式模糊控制器。
位置偏差e 和位基于PLC 的磁导航AGV 路径跟踪模糊控制研究林义忠，张勤，望翔（广西大学机械工程学院，广西南宁530004）摘要：由于AGV 具有非线性和非完整约束特性，导致很难对其建立精确的数学模型，用传统的控制方法进行控制会产生严重的滞后，造成轨迹跟踪时会产生较大的偏差且不能及时纠正，对AGV 导航精度造成很大影响。
基于模糊控制的导航系统优化设计
基于模糊控制的导航系统优化设计一、引言在当今科技飞速发展的时代，导航系统在人们的日常生活和众多领域中发挥着至关重要的作用。
从汽车导航帮助我们在复杂的道路网络中找到最佳路径，到无人机的精准定位与飞行控制，导航系统的准确性和可靠性直接影响着我们的出行效率和安全。
然而，传统的导航系统在面对复杂多变的环境和不确定的因素时，往往表现出一定的局限性。
为了进一步提高导航系统的性能，模糊控制技术应运而生，并为导航系统的优化设计提供了新的思路和方法。
二、模糊控制的基本原理模糊控制是一种基于模糊逻辑的智能控制方法，它模仿人类的模糊思维和决策过程，能够处理那些难以用精确数学模型描述的复杂系统。
在模糊控制中，输入变量被模糊化，即通过隶属函数将精确的输入值转换为模糊集合。
然后，根据预先设定的模糊规则进行模糊推理，得到模糊的输出结果。
最后，通过解模糊化将模糊输出转换为精确的控制量。
模糊控制的核心在于模糊规则的制定。
这些规则通常是基于专家经验或大量的实验数据总结得出的，它们描述了输入变量与输出变量之间的模糊关系。
例如，在导航系统中，可以制定这样的模糊规则：“如果距离目的地较远且交通拥堵程度较高，那么导航速度应该较慢”。
三、传统导航系统的局限性传统的导航系统通常基于精确的数学模型和算法，如Dijkstra 算法、A算法等。
这些算法在处理已知的、确定性的环境时能够提供较为准确的导航结果。
然而，在实际应用中，导航系统面临着诸多不确定性和复杂性。
例如，交通状况的实时变化、道路施工、天气条件等因素都会对导航结果产生影响。
传统导航系统往往难以准确预测这些不确定性因素，导致导航路线不够灵活和适应性差。
此外，传统导航系统在处理用户的模糊需求时也存在困难。
比如，用户可能希望选择一条“风景较好但路程稍长”的路线，而传统导航系统难以理解和满足这种模糊的需求。
四、基于模糊控制的导航系统优化设计（一）输入变量的选择与模糊化在基于模糊控制的导航系统中，需要选择合适的输入变量。
基于模糊算法的AGV纠偏控制
基于模糊算法的AGV纠偏控制AGV（自动引导车）技术在现代物流系统中扮演着重要角色，但由于环境的复杂性和设备的不稳定性，AGV在实际工作中容易出现纠偏问题，因此需要一种可靠的控制方法来减少纠偏误差。
本文将介绍一种基于模糊算法的AGV纠偏控制方法，以提高AGV的定位准确性和导航性能。
1. 引言AGV是一种能够自主移动和导航的机器人，被广泛应用于物流仓储、制造业等领域。
然而，在实际工作中，由于地面路面不平、传感器误差、车辆积尘等原因，AGV很容易出现纠偏问题，导致其无法准确地按照预定路径运行，甚至偏离轨道。
因此，如何实现高精度的AGV纠偏控制成为一个关键问题。
2. AGV纠偏方法综述目前，实现AGV纠偏控制的方法有很多种，如PID控制、状态反馈控制和模糊控制等。
其中，模糊控制因其适应性强、鲁棒性好等特点，在AGV纠偏控制中得到了广泛应用。
3. 模糊算法原理模糊算法是一种基于模糊逻辑理论的控制方法，它将模糊集合论引入控制领域，以解决问题的模糊性和不确定性。
模糊控制器由模糊规则库、模糊推理机和模糊解模块组成，其中模糊规则库存储了专家知识，模糊推理机通过模糊规则库进行推理，得到模糊输出，最后经过解模糊得到确定性控制信号。
4. 基于模糊算法的AGV纠偏控制流程基于模糊算法的AGV纠偏控制流程主要包括传感器数据获取、纠偏误差计算、模糊推理、控制信号生成和执行等几个步骤。
首先，通过传感器获取AGV当前位置和姿态信息；然后，根据设定的目标路径计算纠偏误差；接着，通过模糊推理将纠偏误差映射为控制规则；最后，根据控制规则生成控制信号，并执行控制动作使AGV按照预定路径运行。
5. 模糊规则库设计模糊规则库是模糊控制器的核心，其合理的设计直接影响到控制结果的准确性和稳定性。
在设计模糊规则库时，需要考虑AGV纠偏控制所需的输入变量、输出变量和相应的术语集，通过专家经验和实验数据构建合适的模糊规则。
6. 实验与结果分析为了验证基于模糊算法的AGV纠偏控制方法的有效性，我们进行了一系列实验。
基于模糊纠偏控制的磁导航AGV设计与实现
基于模糊纠偏控制的磁导航AGV设计与实现李照;舒志兵【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2017(040)006【摘要】AGV作为一种典型的非完整约束型机器人,在工业和物流业中用于组建高效、快捷的物流系统.在电磁引导的基础上提出一种智能的控制方式,使AGV在工作中具有较强的稳定性、较快的响应速度和自动纠偏的能力.当AGV在运行过程中产生位置偏差和角度偏差时,使用模糊控制来调控AGV两个主动轮的速度,保证AGV运行于预定的轨迹.最后通过使用SIMULINK仿真验证AGV的纠偏能力,并在工业现场验证了AGV系统所需实现的功能,证明了该系统达到了速度快反应、智能化、稳定性强的要求.%AGV( Automatic Guideding Vehicle) is a typical nonholonomic constraint robot,in the industry and logistic industry being used for the formation of efficient,fast logistic system. In order to make AGV strong stability,faster response speed and the ability to automatically correct,an intelligent control method is presented based on electromag-netic guidance. When it works,AGV will generate position deviation and the angular deviation. Aimed at correcting this,using fuzzy control adjusts the speed of the two driving wheels of the AGV to ensure that the AGV runs on a predetermined trajectory. Finally,the SIMULINK simulation is used to verify the error correction ability of AGVand at the same time,the function of AGV system is verified in industrial field. It is proved that the system meets the require-ments of fast response,intelligence and stability.【总页数】6页(P1426-1431)【作者】李照;舒志兵【作者单位】南京工业大学电气工程与控制科学学院,南京211800;南京工业大学电气工程与控制科学学院,南京211800【正文语种】中文【中图分类】TM341【相关文献】1.基于三菱PLC的AGV磁导航PID模糊控制与实现 [J], 赵靖;李锻能;王冲2.背负式磁导航AGV纠偏控制系统设计 [J], 刘淑晶;刘金华;吴乐;李欢欢;徐小龙3.基于麦克纳姆轮的磁导航AGV纠偏控制研究 [J], 孙立新; 王传龙; 高菲菲; 杨兴宇4.磁导航AGV纠偏控制模型的研究与设计 [J], 何翠; 杨光永; 史雄峰; 徐天奇5.基于PLC的磁导航AGV路径跟踪模糊控制研究 [J], 林义忠;张勤;望翔因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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关键词： AGV； 电磁引导； 模糊控制； 轨迹纠偏 中图分类号： TM341 文献标识码： A 文章编号： 1005 － 9490（ 2017） 06 － 1426 － 06 器 +电机的控制方案； 根据设定的方案以 CDF 驱动 器为 基 础， 建 立 EtherCAT 总 线 的 从 站 模 块， 通过 EtherCAT 总线为控制器和伺服驱动器传输数据； 为 AGV 选择合适的软件方案。 当 AGV 在运行过程中 产生偏差时， 运用模糊控制来调控 AGV 的位姿。
收稿日期： 2016－10－27 修改日期： 2017－01－17
1
1．1
AGV 运动学模型
差动式 AGV 运动学模型 本文中的小车模型是四轮差速式 AGV， 后轮提
供驱动力的同时， 运动方向也是通过由小车的两个 后轮调节速度来完成的， 此类 AGV 的两个前轮的作 用主要是保证运行过程中小车的平稳性。 当 AGV
第 40 卷 第 6 期 2017 年 12 月
电 子 器 件
Chinese Journal of Electron Devices
Vol. 40
No. 6
Dec. 2017
Design and Implementation of Magnetic Navigation AGV Based on Fuzzy Rectification Control
［5－7 ］
机器人的一个重要分支
。随着自动化仓储系统、
柔性制造系统、 柔性搬运系统和柔性装配系统等物流 系统的快速发展， AGV 的使用量逐步增加。 本文主要是对电磁引导下的 AGV 在一些复杂 环境下运行时能够自动寻迹的控制方式进行优化， 以达到系统具有较强的抗干扰能力［8］。 根据 AGV 的运行状态， 提出人机界面 + 运动控制器 + 伺服驱动
第6期
李
照， 舒志兵： 基于模糊纠偏控制的磁导航 AGV 设计与实现 将式（ 2） 和式（ 3） 进行离散化后可得： x（ k + 1） = x（ k） +T s v（ k） cos（ θ（ k） ）
1427
运行过程中需要转向时， 可以调节两个后轮的速度 使小车进行差速运动， 从而达到纠偏的效果 轮用黑色表示。
基于模糊纠偏控制的磁导航 AGV 设计与实现
李
摘
照， 舒志兵 *
（ 南京工业大学电气工程与控制科学学院， 南京 211800）
要： AGV 作为一种典型的非完整约束型机器人， 在工业和物流业中用于组建高效 、 快捷的物流系统。 在电磁引导的基础
上提出一种智能的控制方式， 使 AGV 在工作中具有较强的稳定性 、 较快的响应速度和自动纠偏的能力 。当 AGV 在运行过程 中产生位置偏差和角度偏差时， 使用模糊控制来调控 AGV 两个主动轮的速度， 保证 AGV 运行于预定的轨迹。最后通过使用 SIMULINK 仿真验证 AGV 的纠偏能力， 并在工业现场验证了 AGV 系统所需实现的功能， 证明了该系统达到了速度快反应 、 智 能化、 稳定性强的要求。
AGV 是 Automated Guided Vehicle 的简写， 翻译 成中文为自动导航车
［1 ］
， 是一种自主驾驶、 无备 行
［4 ］
。AGV 运行
时能承载一定的重量在出发地和目的地之间自动运 。AGV 集声、 光、 电、 计算机于一体， 是轮式移动
LI Zhao ， SHU Zhibing *
（ College of Electrical Engineering and Control Science， Nanjing Tech University， Nanjing 211800， China）
Abstract ： AGV（ Automatic Guideding Vehicle） is a typical nonholonomic constraint robot， in the industry and logistic industry being used for the formation of efficient， fast logistic system． In order to make AGV strong stability， faster response speed and the ability to automatically correct， an intelligent control method is presented based on electromagnetic guidance． When it works， AGV will generate position deviation and the angular deviation． Aimed at correcting this， using fuzzy control adjusts the speed of the two driving wheels of the AGV to ensure that the AGV runs on a predetermined trajectory． Finally， the SIMULINK simulation is used to verify the error correction ability of AGVand at the same time， the function of AGV system is verified in industrial field． It is proved that the system meets the requirements of fast response， intelligence and stability． Key words： AGV； electromagnetic guided； fuzzy control； trajectory correction EEACC： 6330 doi： 10．3969 / j．issn．1005 － 9490．2017．06．019