【doc】舵轮型自动导向车（AGV）导向控制系统设计

【doc】舵轮型自动导向车（AGV）导向控制系统设计 舵轮型自动导向车(AGV)导向控制系统设 计 《机械设计与研究)1999No.4, ',,{}'f1,k , / 舵轮型自动导向车(AGv)导向控制系计 上海交通大学(上海?200030 摘要自动导向车是FMS和FAS中重要的移载设备. 本文结合设计实践, 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了电磁感应方式舵轮型AGV导向 未钝的控材特性.通过分析导向伺最未统的传递函数,讨袍 了东钝各参数对皋钝性能的影响.并提出提高未统动态性能 的校正方法.数字仿真和样机试驻结果表明所设计的未统具 有鞋好的静态和动态性能. 关镀词自动导向车 中国图书资科分类法 0引言 毒自墼趔墼主堕墨 分类号TP242.2 l: 自动导向车(AGV:AutomatedGuidedVehicle),是五, 六十年代发展起来的一种自动化物料搬运设备.它的应用范 围很广,既适用于车间.码头,机场,医院,商店作货物的转 运,也可用在流水作业线上作为工序阃可移动的装配台,尤 其适用于工作人员的不宜进人的场所.在现代柔性崩造系统 (FMs)和工厂自动化系统(FAs)的物流系统中.AGV已成 为不可缺少的移载设备. AGV有电破,光/磁/化学,信标,惯性和视觉等多种导 向方式.其中技术最为成熟,使用最多的电磁感应方式.这种 方式的工作原理如图l所示.沿预 定的AGV运行路线敷设导向电 缆,并在其中通入低频正弦波电流. 以在其同国产生交变的电磁场.于 是AGV车体上安装的一对探头 (即感应线嚼)上就可产生感应电压 图l电毒感应导向系统原理田 肆驶员牟体 图2人/机驾驶系统 图所示的导向控崩系统.从控制理论原理来说.希望AGV 自动导向控崩系统有如图4所示的开环频率特性.较高的低 频段说明系统有较好的误差品质系数,AGV稳态运行误差 若小车运行时车体没有偏离预定路线.则探头对称地 位于导向电缆上方,=?当车体偏离预定路线时? 行路线 偏差信号=.一.的大小和符号反映了小车偏离运 的程度和方向.信号经处理放大后驱动导向电机,通过转 向机构纠正车体的运行方向,最终使AGV{诗着预定的路线 行驶. 1导向系统设计 AGV自动导向系统替代了人/机驾驶系统中驾驶员的 位置,控崩小车自动措预先设定的路线运行.人/机驾驶系统 可以用图2表示,其中G.对应于驾驶员的驾驶经验和操作 习惯,G为车体运动学或动力学模型.驾驶员根据路面状况 Y和车辆运行状态Y来操纵车辆转向角坤,使车辆沿着 道路运行.一个好的驾驶系统应能在尽量宽的频率范围内使 得输出Y跟踪参考输入的变化,同时对于车体或驾驶 员状态参数的变化不敏感. 借鉴人/机驾驶系统工作置i理,作者设计了围3结构榧 一 60一 图3AGV导向控制系统结构框图 鞍小}中频段一2Odb/lO倍频的斜率穿越零分贝线,系统有 较好的稳定性和动态过渡性扼,当AGV偏离预定路线时, 导向控制系统能使小车快速,平稳地返回预定路线;高频段 斜率较大,有利手降低噪声对系统的干扰,AGV导向系统对 路面条件要求不苛刻. AGV车体采用前轮驱动兼转向的三轮底盘结构,如图 5所示.这种结构形式的AGV通常只能单方向(前进)运行. 在本设计中,通过在车体后方增设一对探头,使AGV也能 自动后退运行.前方探头安装在导向轮转台上,可随转台转 动;后方探头安装在后轮轴中心处的一个转盘上.该转盘通 过连杆机构与前方导向轮转台联动,且角度转动比为一1. 从图3可知.导向控崩系统涉及导向控崩器(信号处理 电路,功率放大电路等)和机械结构(传动机构,车体运动学 模型),性能受机,电两方面因素影响.本文的目的.就是通过 研究系统的传递函数和数字仿真.分析控制器电参数和结构 参数对系统性能的髟响.为设计相似系统时的参数选择提供 指导思想. 辫誊:::…::::::::::::…: 帕 柑 证 _拥 1110't1 曩?(?) 圈4期望的控制系统开环鞭辛特性 圈5AGV主要结柑尺寸 2系统分析 2.1系统建模 AGV前进时车 体的运动模型如图6 所示.为地面坐 标系.为前轮转向轴 中点.b为前方探头的 中心点,^为探头臂 长,L为小车前后轮 的跨距.小车在功 坐标系中的状卷可以 用n点坐标(,,), 小车导向角a以及车 囤6AGV前进运动楼蛩 体轴线与轴的夹角卢这几十参数竞全确定下来.假设n点 的平移速度为,则车体运动微分方程为: f.=v一?s(吐+) t=一蜷in扣+) 【e:/L 根据圉3所示导向系统结构框图t将AGV车体运动学 模型作为系统的一十环节,则其输入和输出分别为导向角 和探头检测到的小车运行偏差8.将坐标系的轴选为 与导向线重合,卿I此时探头检测到的小车运行偏差为8; 一一 +Aeos(~+) 在直道上运行时,导向系统基本上工作于平衡点附近, '机械设计与研究,1,,,N..' 式中,角度都很小,因此可以进行线性化处理.对上述求 导,作线性化近似处理后取拉氏变换,可以得到AGV直遭 前进时车体运动学模型的传递函教: G0)一占O)/口0)=+A.Ots 系统的开环传递函数为: G()一而面61.8丽7(0.3~+西1)丽=F.i 此时导向系统为二阶无差系统,具有较好的误差跟踪能力. 根据开环传递函教作频率特性图(图7).剪切频率峨=18-5 (1ts),相角措量一63.8.,系统稳定.频率特性的低,中,高 额段具有期望的特性,导向控制系统不附加任何校正装置即 可很好的进行工作, :\: 一 件: 一 } - …. 瑚 . 1? . 1? 嚣? { @0001O011101?1?0 强7直煎前进鞭牟特性圈田8直道后退鞭辛特性图 由传递函教和颇率特性囤可知 (1)增大车速.系统开环增益增加中顿段的长度h 变小.系统动态稳定性能变差.所以车速不宜太高. (z)增大探头臂长A,系统开环增益布变,系统剪切顿 率有所降低,系统过渡快速性受到一定影响.但同时中频 段的长度h变长,有利于提高系统动态过谴的稳定性.规结 构允许可将^尽量取大一些, 对AGv后 退运行进行分 析,局样可以得 到图8所示开环 顿率特性图.由 作出的波德图t 可知系统是稳定 的,高频段下降 较快,原始系统 增大探头臂长^图9直遭前进过渡过程 61 2O{4 《机械设计与研究)1999No.4 对图3,图5所示的 AGV导向系统,主要的机, 电设计参数包括探头臂长 和导向电机参数等,系统的 运行性能还跟车体运行速 度和转弯半径有关.数字仿 真可以很直观地反映出不 同设计参数对系统性能的 影响程度.以下各图为不同 参数条件下的仿真结果. 仿真结果表明,增加探 头臂长且能提高动态过菠 过程的稳定性f提高AGV 运行速度不利于系统稳 定,特别是对于弯道运行和 后退,会引起振荡导向电 机的机电时闻常数T.不 图12耷道后退垃渡过程节快速性差 . r———?——']3试验结果 s}I.{根据上节的分析结果, i.叫萎萎3m退,1um/罐r1即世堤腰刀.s,后堤靶}{速度为._5m/导,导向电机 .lI.I.I.I.I采用转子惯量很小的印刷. 一, ' ,0电机,机电时间常数丁一目( s)…一.一'',… 田13直道前进试验结果压(见图3)的记录结果 ——_1———1———1———1]如图13,图14,控制电压U 进弯道出弯道^]除以信号处理电路的放大j麓津AG 设 V萎.1 \^^/{结果表明t样机导向控制系If1统有较高的控制精度和较 ..1好的动态性能. sm参考文献时 间( 1王冰自动导向小车 圉l4进出弯遭试验结果(AGV)~-向系统设计:[硕 士学位论文].上拇:上拇 交通大学.1994. 2张惠侨,王冰AGV自动导向技术机电一体化,1996,(3):4, 3章燕申.袁曾任等控制系统的设计与实践.北京:清华大学出版 杜,1999 4玛国楠现代伺服系统的分析与设计北京机械工业出版社. 1990. 王冰男,1970年2月生,上海变通大学机械工程学 院讲师,博士,主要从事特流自动化设备的设计开发与教学, 发表论文l0余薷. 囝11直道后退过鹾过程 可以提高系统开环增益,使对敬幅频特性低频段 的位置抬高,从而改善系统稳态性能.但如果仅增大系统开 环增益,频率特性整体位置被抬高,因此剪切频率o亦随将 之提高,相角格量T减小,会使系统稳定性变差甚至不稳定. 为此,应对导向控制系统进行比例一积分(PI)校正,在不改 变中,高额段的情况下提高低额段的位置,以此改善系统的 稳态性能.根据原始系统的开环频率特性,在信号处理电路 中加入如下的PI校正网络: G,(j)一^(125+1)/(Ij+1);3(0.3s+1)/0+1) 2.2系统仿真 一 62, 【一L一二j.u.21O12,v田廿磊