自動小車平臺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

摘 要：自動小車稱之為自動導引小車，也可以稱為AGV小車。是指安裝有如電磁裝置或光學裝置等自動導引器件，并且可以沿著預定的路徑平穩(wěn)行駛的無人小車。它對現(xiàn)代制造業(yè)、現(xiàn)代物流十分重要，因為他的高度柔性化和自動化的特點，大大的減少了運輸成本。

關鍵詞：自動導引小車；尋跡行駛

1 小車平臺的搭建

在定制的pcb板上安裝上電機驅動模塊，穩(wěn)壓模塊，OLED屏顯示模塊，STM32F103ZET6處理器主控制模塊，由光電傳感器組成的路徑識別模塊，測速模塊。

一個無人地面小車平臺能否平穩(wěn)有效的行駛，先決條件是它具有良好穩(wěn)定的電力供給和電機驅動系統(tǒng)，在設備選型上電機驅動模塊選用集成有H橋式電路的L298N電機驅動芯片，其輸出電流大，功率強。

穩(wěn)壓電源電路為整個無人地面小車提供電源，負責尋跡掃描黑線的紅外光電傳感器ST188電壓為5V，負責進行測速的傳感器電壓為5V，STM32處理器的供電電壓為3.3V，電機的供電電壓為5V。

路徑識別模塊是小車能夠實現(xiàn)尋跡行駛的關鍵，本次采用由5個光電式傳感器（ST188）為導引器件的光電導引方式進行有效控制。

測速模塊采用光電對管型號為ITR9608，一邊是發(fā)光二極管，一邊是光敏三極管，當碼盤在光電對管內(nèi)槽中轉動時，三極管會輸出變化的電壓信號，經(jīng)過比較器，就輸出了PWM信號，單片機采集這些信號就可以計算速度。

在無人地面小車上安裝顯示裝置，通過屏幕顯示無人小車的實時信息，便于更好的控制小車。OLED具備輕薄、省電等特性，具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢。

2 控制系統(tǒng)及其算法

本次設計采用偏差累積法和PID控制來對小車進行控制。無人地面小車在預定軌道按照預定速度行駛，在行駛時兩邊的車速可能有略微的差別，這就會使得小車在直線行駛時會發(fā)生小的偏移，這時通過記下左右的光柵數(shù)進行比較控制，小車的速度由控制器給定對應速度時的加載電壓進行控制。當左邊光柵數(shù)大于右邊，加載在右邊一個小的速度增量Δv使小車左小偏。反之亦然。當左邊的第一個紅外光電傳感器檢測到了黑色的膠帶時，通過預定程序在右輪上加載一個速度增量ΔV使得右輪的速度大于左輪，使小車左偏；當左邊的第二個紅外光電傳感器檢測到了黑色的膠帶時，通過預定程序在右輪上加載一個速度增量兩倍ΔV使得右輪的速度大于左輪，使小車左大偏。

在本設計中，將采用累計偏差法和增量式PID算法對小車進行控制運作經(jīng)過測得車輪的直徑為66mm，光電碼盤的齒數(shù)為20，輪子周長為207mm=20.7cm，程序通過判斷高低電平的變化次數(shù)來計數(shù)，也就是說輪子轉一圈計數(shù)次數(shù)為40。

其中C為測得的一個計數(shù)變化表示的距離，V為小車的實際速度，n為測得的變化次數(shù)。

這里采用PID控制器對速度進行控制，STM32通過采集編碼器發(fā)送過來的信號算出當前的實際速度V，然后通過期望的速度與實際的速度的比較計算出當前的誤差e（i）和前一次的誤差e（i1）和前兩次的誤差e（i2），將得到的三個值代入增量式函數(shù)：

Δui=d0ei+d1ei1+d2ei2

ui=ui1+Δui

d0=K（1+TTi+TdT）

d1=-K（1+2TdT）

d2=KTdT

其中，e為引導線偏離車體中軸線的偏差值，K為比例系數(shù)，T為速度采樣周期，Ti為積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)，Td為微分環(huán)節(jié)時間常數(shù)，經(jīng)過試湊法的參數(shù)整定進而得出了差值，調節(jié)PWM波的大小進而得到期望的速度。在直道行駛時兩邊給予相同的速度為50cm/s，當在彎道時給予兩邊車輪一個速度差值使他進行轉向。

3 小車的實際測試

通過實驗所測出的數(shù)據(jù)建立地圖，然后描點劃線描繪出實際運行路線與預定軌跡的偏差值來判斷效果的好壞。進而進行準確的調試。通過實際測量與數(shù)據(jù)歸納描繪出不同速差下小車運動圖如下：

4 總結

小車在轉彎時出現(xiàn)擺頭過大，不能平穩(wěn)的壓彎的運行。原因是由于小車在檢測到偏轉信息時作出差速調節(jié)時，這個差速值過大導致調節(jié)過度，小車擺頭嚴重。差速過小導致在彎道時調節(jié)不足。這需要通過程序設定減小輸出的PWM的大小進行調節(jié)。

作者簡介：何貴（1995），男，四川成都大邑縣人，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。