一种基于自适应pid的agv导航方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于自适应PID的AGV导航方法，应用该方法的小车开始运行时传感器阵列开始自动采集磁位置信号；首先通过平滑滤波去掉噪声，让输入更加准确；然后通过移动窗滤波滤去由于磁力线分布不均匀的噪声；如果读取到转弯卡，则需要启动左右滤波滤除路口多余节点带来的噪声；然后将去噪的状态码输入偏差作为PID控制的输入，通过自适应的PID参数调节输出较优的左右轮速度差；然后通过电机差速控制单元去控制电机转速，保障巡线正常运行。该导航方法控制小车使得小车巡线速度大大加快，分叉路口转弯成功率高，动态摆动幅度小，静态偏差很小，在局部出现磁条损坏下，仍可巡线，在一定的干扰下，可以在小于10个周期内返回线上。
【专利说明】-种基于自适应PID的AGV导航方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动控制领域，特别是一种基于自适应PID的AGV导航方法。
【背景技术】
[0002] 目前AGV(自动引导小车）已经成为智能制造、先进物流以及数字化工厂中的重要 设备，作为方便工厂运输、提高生产效率具有非常重要的作用。而所谓自动引导，即是沿着 指定轨迹运行，目前常见的巡线导航有光电传感器、视觉、激光和磁导航传感器等等，对于 光电传感器，配合黑白胶带整体便宜、简单，但是信号很容易因为地面不平导致不稳、胶带 易受灰尘、垃圾影响等，导致巡线不能很稳定；视觉可视范围大，对线的要求不高，但是很容 易受光线影响，且视频采集处理卡价格不菲，采样频率不高。而实际中的工厂的环境相当恶 劣，灰尘、铁屑、地面不平、推车叉车和人为踩踏等造成光电和视觉很难工程化，所以磁导航 成为一种工厂可行的方法。
[0003] 目前行业内的磁导航方式也是各式各样，各有各的特点，有单排模拟的、有前后两 排方式的、也多个阵列式的、也有单排数字的，而单排磁传感器是成本较低的方式，但是由 于相比阵列或者多排，少了一些位置的状态，特别是PID的参数确定，由于其控制模型和实 际情况具有较大耦合性，很难单一地，统一地确定其控制参数，因此从高速、稳定的目的出 发很难有基于单排比较成功的控制方式，但是我们从工业高速稳定的AGV使用需求以及成 本考虑，通过理论计算和实践，发明出一种基于单排数字信号的磁条导航的高速稳定运行 的方法，经试验和产品在实际工厂中的运行反馈，该方法较其他导航方法有效。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用单排磁导航，AGV运行速度 快、交叉路口转弯成功率高，动态摆幅小，在局部磁条损坏下仍可巡线的基于自适应PID的 AGV导航方法。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于自适应PID的AGV导航方 法，它包括以下步骤： S1，采样：根据传感器的输出接口，采用对应的采样方式对传感器进行采样，将传感器 的状态信息上传给控制板； 52, 平滑滤波：对步骤S1采集的传感器状态信息进行滤波处理，消除因磁条本身制造 时分布不均匀、转弯处磁条相交磁场分布不均匀、AGV本身震动以及电机电流突变所引入的 噪声信号； 53, 移动窗滤波：移动窗去寻找长度为设定窗长的数据，并且将不满足窗长的数据平滑 掉，滤去由于磁力线分布不均勻的噪声； 54, 左右滤波：如果AGV在路口将会由射频卡提醒AGV将向左或者向右运行，向左则以 左边传感器的状态为准，向右则以右边传感器的状态为准，过滤掉其余方向上的信号； 55, 状态码分配：根据AGV与线的偏差来进行状态的取值，根据上一时刻的状态来确定 状态码，用状态码描述AGV的偏离摆正状态，偏差较大时使用较大的状态码； S6,自适应PID计算：将步骤S5得到的状态码作为控制算法的输入，通过实验数据的最 优拟合公式计算出的PID参数对小车行驶进行控制，使得小车静态摆幅小、动态幅度小、速 度较快且能巡曲率较大的线。
[0006] S7,控制电机差速：通过步骤S6所产生的左右轮电机控制输入占空比之间的差 值，转化为相应的PWM以控制左右两电机的差速运行，使巡线正常运行。
[0007] 所述的平滑滤波采用中值滤波技术。
[0008] 所述的采样方式为TTL方式 所述的传感器为磁传感器。
[0009] 所述的状态包括摆正；左偏，右转；右偏，左转；状态码0表示摆正，状态码为负表 示左偏，右转，状态码为正表示右偏，左转，传感器阵列与磁条偏差较大时状态码绝对值也 较大。
[0010]所述的 PID 计算最右拟合公式为 P=f (V，error)P0, 1= f(v, error) 10, D= f(v, error)DO,其中P0、10、DO为仿真和试验景点参数值，f(v, error)为通过试验数据最 优拟合公式。
[0011] 所述的采样频率大于计算处理、电机的执行频率，使得计算输入和电机控制能持 续进行，采样频率需满足大于最高速度更新线宽频率两倍以上。
[0012] 本发明的有益效果是：该导航方法控制小车使得小车巡线速度大大加快，分叉路 口转弯成功率高，动态摆动幅度小，静态偏差很小，在局部出现磁条损坏下，仍可巡线，在一 定的干扰下，可以在小于10个周期内返回线上。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为AGV导航方法原理框图； 图2为移动窗滤波原理； 图3为左右滤波原理。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。
[0015] 如图1、图2和图3所示，一种基于自适应PID的AGV导航方法，它包括以下步骤： S1，采样：根据传感器的输出接口，采用对应的采样方式对传感器进行采样，将传感器 的状态信息上传给控制板； 52, 平滑滤波：对步骤S1采集的传感器状态信息进行滤波处理，消除因磁条本身制造 时分布不均匀、转弯处磁条相交磁场分布不均匀、AGV本身震动以及电机电流突变所引入的 噪声信号； 53, 移动窗滤波：移动窗去寻找长度为设定窗长的数据，并且将不满足窗长的数据平滑 掉，滤去由于磁力线分布不均勻的噪声； 54, 左右滤波：如果AGV在路口将会由射频卡提醒AGV将向左或者向右运行，向左则以 左边传感器的状态为准，向右则以右边传感器的状态为准，过滤掉其余方向上的信号； 55, 状态码分配：根据AGV与线的偏差来进行状态的取值，根据上一时刻的状态来确定 状态码，用状态码描述AGV的偏离摆正状态，偏差较大时使用较大的状态码； 56, 自适应PID计算：将步骤S5得到的状态码作为控制算法的输入，通过实验数据的最 优拟合公式计算出的PID参数对小车行驶进行控制，使得小车静态摆幅小、动态幅度小、速 度较快且能巡曲率较大的线。
[0016] S7,控制电机差速：通过步骤S6所产生的左右轮电机控制输入占空比之间的差 值，转化为相应的PWM以控制左右两电机的差速运行，使巡线正常运行。
[0017] 所述的平滑滤波采用中值滤波技术。
[0018] 所述的采样方式为TTL方式 所述的传感器为磁传感器。
[0019] 所述的状态包括摆正；左偏，右转；右偏，左转；状态码0表示摆正，状态码为负表 示左偏，右转，状态码为正表示右偏，左转，传感器阵列与磁条偏差较大时状态码绝对值也 较大。
[0020] 所述的 PID 计算最右拟合公式为 P=f (V，error)P0, 1= f(v, error) 10, D= f(v, error)DO,其中P0、10、DO为仿真和试验景点参数值，f(v, error)为通过试验数据最 优拟合公式。
[0021] 所述的采样频率大于计算处理、电机的执行频率，使得计算输入和电机控制能持 续进行，采样频率需满足大于最高速度更新线宽频率两倍以上。传感器阵列、平滑滤波、移 动窗滤波、左右滤波、状态分配、自适应PID以及控制电机差速成级联关系，而AGV由于控制 电机差速单元导致位置变化，然后通过传感器阵列形成反馈。
[0022] AGV上电运行在建立好的AGV路径上，AGV开始运行时传感器阵列开始自动采集磁 位置信号；首先通过平滑滤波去掉噪声，让输入更加准确；然后通过移动窗滤波滤去由于 磁力线分布不均匀的噪声；如果读取到转弯卡，则需要启动左右滤波单元滤波路口多余节 点带来的噪声；然后将去噪的状态码输入偏差作为PID控制的输入，通过自适应的PID参数 调节输出较优的左右轮速度差；然后通过电机差速控制单元去控制电机转速；最后巡线正 常运行。
【权利要求】
1. 一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：它包括以下步骤： S1，采样：根据传感器的输出接口，采用对应的采样方式对传感器进行采样，将传感器 的状态信息上传给控制板； 52, 平滑滤波：对步骤S1采集的传感器状态信息进行滤波处理，消除因磁条本身制造 时分布不均匀、转弯处磁条相交磁场分布不均匀、AGV本身震动以及电机电流突变所引入的 噪声信号； 53, 移动窗滤波：移动窗去寻找长度为设定窗长的数据，并且将不满足窗长的数据平滑 掉，滤去由于磁力线分布不均勻的噪声； 54, 左右滤波：如果AGV在路口将会由射频卡提醒AGV将向左或者向右运行，向左则以 左边传感器的状态为准，向右则以右边传感器的状态为准，过滤掉其余方向上的信号； 55, 状态码分配：根据AGV与线的偏差来进行状态的取值，根据上一时刻的状态来确定 状态码，用状态码描述AGV的偏离摆正状态，偏差较大时使用较大的状态码； 56, 自适应PID计算：将步骤S5得到的状态码作为控制算法的输入，通过实验数据的最 优拟合公式计算出的PID参数对小车行驶进行控制，使得小车静态摆幅小、动态幅度小、速 度较快且能巡曲率较大的线。 2. S7,控制电机差速：通过步骤S6所产生的左右轮电机控制输入占空比之间的差值 (修改之处)，转化为相应的PWM以控制左右两电机的差速运行，使巡线正常运行。
3. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的 平滑滤波采用中值滤波技术。
4. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的 米样方式为TTL方式。
5. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的 传感器为磁传感器。
6. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的 状态包括摆正；左偏，右转；右偏，左转；状态码〇表示摆正，状态码为负表示左偏，右转，状 态码为正表不右偏，左转，传感器阵列与磁条偏差较大时状态码绝对值也较大。
7. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的 PID 计算最右拟合公式为 P=f (V，error) P0, 1= f (V，error) 10, D= f (V，error) DO,其中 P0、 I〇、DO为仿真和试验景点参数值，f(v，error)为通过试验数据最优拟合公式。
8. 根据权利要求1所述的一种基于自适应PID的AGV导航方法，其特征在于：所述的 采样频率大于计算处理、电机的执行频率，使得计算输入和电机控制能持续进行，采样频率 需满足大于最高速度更新线宽频率两倍以上。
【文档编号】G05B13/02GK104122895SQ201410396809
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】包壁桢, 肖骥, 何敏, 徐斌 申请人:成都四威高科技产业园有限公司