智能车模动态寻迹控制系统研究

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近年来,随着自动化技术的快速发展,自动物料搬运系统(AutomatedGuidedVehicleSystem,AGVS)已经在物料产业自动化领域有着举足轻重的地位。自动物料搬运系统研究和应用的主要目的是提高生产效率、降低生产成本。自动控制技术、智能导航技术、远程监控技术、微电子技术、计算机科学技术在自动物料搬运车(AutomatedGuidedVehicle,AGV)上的应用,全面推动着经济的发展和社会的进步。研究自动物料搬运车的目的在于:根据实际生产需要和目标,及时科学地规划各种零部件的生产和产品设备的搬运任务,降低生产成本,缩短生产周期,提高设备的利用率。   根据自动物料搬运车的主要目的和任务,设计和实现了一种基于MC9S12XS128微控制器和光电传感器的自动导引系统,利用模糊算法能够自动寻黑线行驶、自动转向,并尽可能快速、稳定运行的智能车模。主要内容如下:引言、智能车系统的总体设计、基于模糊控制的舵机转向系统设计、基于模糊控制的电机系统设计、智能车的模糊控制系统设计、软件设计、总结与展望。   AGV是物料搬运设备的一种,在当前生产、生活中的应用越来越广泛,在某些场合正在发挥着日益重要的作用。自动物料搬运技术是一个综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。主要内容有与智能车相关的自动物料搬运设备的历史、现状和发展趋势,物料搬运的关键技术和发展趋势,国内外移动机器人的发展和国内外智能车的发展,目前的问题和解决方案。   在智能车总体设计中,对智能车进行了机械结构调整,确定了控制系统的硬件设计和软件设计方案。首先对车模的机械结构,如前、后轮距、轴距、齿轮传动机构、差速机构的调整。其次,是智能车的硬件设计和实现,即整个系统的电源模块、路径识别模块、测速模块和驱动模块的硬件及其安装方式。最后,是路径数据采集方式、舵机和电机的控制方法。   为了提高智能车跟踪和运动性能,在分析智能车系统原理的基础上,从控制策略、控制算法等方面出发,基于FUZZY控制器研究了智能车舵机转向系统,即基于模糊控制的舵机转向系统设计。首先,建立模糊变量的隶属函数和控制规则表,然后通过模糊推理和清晰化,得到输出控制作用的论域值,最后将设计的算法应用到基于MC9S12XS128单片机的智能车硬件系统。实验结果证明,该智能车控制算法能够模仿人工驾驶行为控制智能车准确快速地跟踪路径运行。   本文对智能车偏转角度和运行速度进行了模糊控制设计,使小车能快速稳定自动循迹。实验证明该系统的路径识别能力和抗干扰能力强,响应速度快、超调量小,具有较好的动态性能和良好的鲁棒性。   整车系统设计与软件开发,软件设计原则对控制系统软件的设计与实现进行了描述,主要包括MC9S12XS128系列单片机的性能简介、I/O分配、程序流程图、初始化设计、功能模块设计等。其中,初始化设计分别是时钟模块、PWM模块、外部中断模块、ECT模块、A/D模块。功能模块主要分为4个模块,分别是位置采样模块,速度采集模块,舵机控制模块,速度控制模块。   其他辅助控制系统的设计,如安全系统、停车定位控制系统、多台AGV无线调度系统。安全系统可以保护AGV、人员和运行环境设施的安全;停车定位控制系统,采用光电传感器采集路况信息,并在控制模块中进行一些算法处理,以实现停车定位;多台AGV无线调度系统,采用RFID快速准确地采集AGV的位置和状态的数据信息,并由中央控制室监控系统中各个AGV的工作状态,协调各个AGV的工作。   最后,对全文进行了总结和展望。对智能车模的机械调整和硬件设计、相关算法和软件设计做了比较深入的研究,取得了一定的进展,但是同时有些研究工作还值得进一步拓展,具体考虑了以下几方面:   (1)智能车模控制算法的进一步研究,完善控制策略,使得在高速、弯道的情况下能更加稳定、有效地实现精确寻迹。   (2)在更多复杂的情况下开展实验,比如在不同的光线和路况下,红外传感器识别黑线的问题。   (3)采用RFID无线射频技术和无线网络传输,研究多智能车模的任务调度系统,以及路径优化研究。   (4)将模型车转化成工业用的自动导引搬运车。   (5)为了将模型车转化成产品,软件中的各模块要做成独立模块,根据不同用户要求选择相对应的模块集成并优化,比如增加精确停车和避障等功能,完成产品的个性化。
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