agv的plc控制
这个文档主要介绍plc的整套对agv的开发过程对现实还是有一定的积极意义的长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:6日期:20/b月&日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、维印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于1、保密口,在年解密后适用本授权书。2、不保密駟。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名:日期:0/年6月孑日导师签名:日期:年/月。日摘要AGV自动导航车是现代物流领域的一个重要的研究课题。在工业领域柔性化生产中越来越重要,高性能、高有效性的AGV控制器受到国内外学者的高度重视。本文采用模糊控制方式,针对AGⅴ小车的响应速度、稳定性要求,设计实现了一种基于运动学模型的AGV控制系统。该控制系统按功能模块化设计硬件电路,由电杌驱动模块、路径识别模块、避障模块、通信模块组成。电机驱动模块由直流无刷电机驱动模块和电机速度检测模块组成,实现对直流无刷电机的控制;路径识别模块由位置检测模块和站点识別模块组成,实现小车对路径的识别,达到对路径跟踪控制的目的;避障模块实现小车的安全性;通信模块由CAN通信模块和无线ⅵi模块组成,实现控制系统的通信。小车的测试实验表明,先后给以80mm和-100mm的位置偏差,AGV小车能够在3s内对位置偏差进行修复,小车速度振幅控制在±10mm/s,小车位置偏差修复后,3s时间内,速度可回调到位置偏差前的速度,即小车回“零位”的速度比较快,表明AGⅴ控制系统的平稳性好,能够很好实现对路径的跟踪,同时也能及时的应对运行过程中的误差突变。关键字:AG;运动学模型;磁导航;模糊控制ABSTRACTThe Automatic Guided Vehicle (AGv) is an important research topic in the fieldof modern logistics. Flexibility in the field of industrial production more and moreimportant, the AGV controller which has the high performance and the highefficiency has been received the extensive attention by scholars both at home andabroad. This paper adopts the fuzzy control method, in view of the aGv car responsespeed and stability requirements, the design has realized one kind of AGv controlsystem based on kinematics modelThe control system hardware circuit is designed according to the functionmodular, the motor drive module, path recognition module, obstacle avoidancemodule, communication module. Motor driver module is composed of brushless dcmotor driver module and motor speed detection module, realize the control for thebrushless dc motor. Path recognition module is composed of position detectionmodule and site identification module, realize the aGv for the path recognition,achieve the goal of the path tracking control; Obstacle avoidance module to realizethe safety of the car; Communication module of Can communication module andwireless wifi module composition, realization of the control system ofcommunicationThe test results show that, successively give 80mm and 100mm positionaldeviation. the location of the AGv can within 3s to fix position deviation, vehiclespeed amplitude control in the plus or minus 10mm/s after repair the car positiondeviation, within 3s the speed can be back to the front of the position deviation ofspeed, the car back to " zero"speed is faster, the results show that the AGv controlsystem have good stability, a good path tracking, and can provide timely responsesduring the operation of the error mutationKeywords: AGV; Kinematics Model; Magnetic Navigation; Fuzzy Control目录摘要ABSTRACT…命命命中苹命命品哪命命命哪请自品中“非哪非命命命哪第一章绪论1AGV概述…12AGV国内外发展现状…121国外发展历史及现状122国内发展历史及现状13AGV的引导方式14本文的主要工作和主要问题.b自.身自命看非世看带看音萨世看中·宁非命●学●122455141本论文的主要工作…142本论文解决的主要问题第二章AGV车体结构及运动学模型建立21AGV结构分类。B西自鲁自·切是息甲带导211三轮结构2.12四轮结构213五轮或六轮结构.22AGV的性能指标23AGⅤ的组成幽·命命66778924AGⅤ运动状态分析申·自意25AGⅤ小车对电机的基本要求1026AGV的运动学模型27本章小结12第三章AGNV控制系统硬件设计3IAGⅴ控制系统整体结构.1332AGV控制系统研究方案32ICAN总线通信模块即14322无线wif模块15323电机实时速度检测看·。专中●·音专中324磁导航传感器组3.2.5障碍检测18326AGV小车对线路与站点的识别鲁·。感垂品自世品身岳一益自备自e非你ee非物9327AGV小车位置判断33硬件系统组成21331控制器芯片应用说明.1332电机驱动模块24333电源模块…633.4通讯模块命命命命··命命自命命●2734本章小结28第四章AGV路径跟踪控制方法研究41AGⅴ控制策略选择42模糊控制简介…294.3模糊PD控制器.3043.1模糊PD控制器的数学模型查看着看看看昏春●●●43,2模糊PID控制器的控制思想3143.3AGⅴ控制系统模糊控制必要性…3144模糊PID控制器设计…3344.1模糊PID控制器的输入输出量的确定…344.2模糊控制规则的设计.节。申春。鲁合。节是看看。节.自DD春3345模糊PID控制器的仿真…昨非···命e命自···总最46本章小结38第五章AGV控制系统软件设计51引言3952编译环境的介绍.....12053控制软件设计鲁暴非画非最命自曲曲自自非非命春告音春鲁D看41531产生PWM的程序流程.53,2电机实际速度检测模块程序流程425.3.3避障控制模块程序流程….534驱动控制模块程序流程中学鲁鲁鲁。鲁。●44535CAN总线通信模块程序流程.54本章小结45第六章系统测试与结果分析6.1路径跟踪测试.4662避障能力测试63本章小结总结和展望看中·49参考文献看●。。意非。。市中自看非如鲁致谢附录A(攻读学位期间发表论文及专利目录)55第一章绪论第一章绪论1.1AGV概述现代制造工艺的飞速发展,带动了柔性制造系统FMS和柔性装配系统FAS的迅速发展。中国早在“十一五”规划中就制定了侧重于科学和技术的发展,以先进的制造技术来提高企业的竞争力。自21世纪开始,物流的发展成为一个新热点。现代物流行业,尤其是西方的设备和实现技术已经达到很成熟的水平。目前,现代化物流格局已经形成以信息技术为核心,以信息、运送、卸载、自主化仓储、库存统计、自主化配货、包装等专业技术为支撑的现代化物流技术4。而自主导航车AGV是实现AGVS、FMS、CIMs的关键基础设备,是实现现代物流自动化和智能化的核心技术之—pAGV( Automated Guided Vehicle)是自动导航小车的英文缩写,是一种自主驾驶、无人操纵、以电池为动力的自动化运输设备,装有电磁或者光学等非接触自动导向装置和独立寻址系统。它的主要特点表现为具有可编程功能、安全保护装置、启停装置以及搬载功能并能在上位机的监控下,根据给定的起点和终点自主地沿预设的导引路径行驶,安全到达目的地,完成搬运卸载任务。其已经成为仓储物流自动化系统、柔性生产线、柔性装配线的重要设备。资料显示,在整个产品生产的过程中,用于加工和制造仅仅只占有5%的时间,剩余95%的时间主要用于包装、储存、装卸和运输;而在美国、日本和欧洲发达国家,直接劳动成本所占生产成本的比例不足15%而且这一比例还在不断下降,而储存、运输所占的成本却占总成本的40%7。因此各工业强国把降低物流成本作为提高企业竞争力的重要措施,在这样的背景下,AGⅤ小车广泛地应用于各行各业,并受到了极大的欢迎。12AG国内外发展现状AGⅤ是伴随着叉车技术和机器人技术产生并发展而来的,但都是为了实现货物的自动搬运为目的的3。随着技术的不断发展,AGV的功能不断完善,应用领域越来越大。硕学位论文121国外发展历史及现状AGV在国外起步早、发展快。首次出现在公众视野的AGV原型车于1913在美国福特汽车公司下线,该原型车首次将有轨引导的小车代替原来使用在汽车底盘装配线上的输送机,根据福特公司对外公开的资料,该小车将装配时间缩短了15小时,极大地提高了生产效率,从此AGv就步入了高速发展的时代例1953年,世界上第一台AGV由美国 Barrett Electric公司研制成功,采用真空管技术自动跟踪钢丝索行走。1954年,由英国人首先去掉了地面上的导引轨道,研制出了采用埋线电磁感应方式跟踪路径的AG。50年代末,AGV开始在欧洲推广使用。1959年,AGV系统在美国开始应用山。由文献-5,12,3]可知:直到70年代,AGv仍然主要采用电磁感应方式引导。AGv的优越性促使其不断发展,应用非常广泛,特别是在工业强国。随着物流系统的完善,AGV系统逐渐与计算机技术相融合,六十年代,计算机技术开始参与AGV系统的控制和管理;1969年,AGV首次在瑞典投入使用,主要集中在制造业12截止到六十年代和七十年代初, Barrett, Webb、 Clark公司占有市场大部分的AGV销售份额;同时在这个时期,AGV导引方式开始发展五花八门,各种环境的适应加速了AGⅤS的迅速发展。八十年代欧洲的AGV技术开始转移到美国,而且随着计算机控制系统的加入,美国使AGv的性能更加先进,AGⅤ控制器可靠性进一步加强,运输量进一步增加;此时,美国的AGV生产商由23家(1983年)增加到74家(1985年),全美国使用AGV的数量增加到3900多台101。1990年,AGⅴ制造强国瑞典NDC开发出新型的基于激光引导的AGV控制系统。同时,AGⅤ在日本的应用也比较成熟。到1988年,日本的AGV制造企业达到20多家,如比较知名的企业大福、 Fanuc公司、村田公司等。日本也成为使用AGV最广泛的国家之一。随着AGV技术的不断提高,美国、日本、欧洲等发达国家的使用已经非常广泛。现在的AGV控制系统装有车载计算机、通讯装置、安全装置和货物装卸设施,自动化程度很高,应用领域相当广泛,汽车制造、造纸、印刷、医药行业是使用量最大的行业,约占全球AGV总销量的80%15。目前,AGV的发展趋势是研究无固定引导路线、高度自由的AGV。122国内发展历史及现状我国第一台AGⅣ在1975年由北京起重运输机械研究所完成,该AGⅤ采用电磁
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车辆动力学及控制（拉贾马尼）
本文主要介绍了车辆动力学及控制，主要内容包括车辆侧向动力学、自动车道保持的转向控制、车辆纵向动力学、车辆纵向控制、自适应巡航控制等等。汽车先进技术译从车辆动力学及控制(美) Rajesh Rajamani著王国业江发潮等译机械工业出版社本书主要讨论了足以体现车辆动力学特征的,而且能够满足设计车辆控制系统需要的车辆动力学模型,给出了这些模型的特性,和由这些模型开发出的实际汽车控制系统的基本结构。本书涵盖了巡航控制、自适应巡航控制、制动防抱死系统、车道自动保持系统、高速公路自动行驶、横摆稳定性控制、发动机控捌、被动悬架、主动悬架和半主动悬架、轮胎模型以及轮胎路面参数识别,书中特别介绍了几种目前科研中经常采用的轮胎模型。本书可供汽车行业和大专院校里从事控制系统研究的工程师和专家们参考,也可用作汽车专业研究生的教材。Vehicle Dynamics and ControlRajesh RajamaniOriginal ISBN 9780-387-26396-9Translation from the English language edition:Vehicle Dynamics and Control by Rajesh RajamaniCopyright Rajesh Rajamani 2006Published by Springer Science Business Media, InAuthorized Simplified Chinese edition is published by cmP,All Rights Reserved本书中文简体版由 Springer出版社授权机减工业出版社独家出版发行版权所有,侵权必究。北京市版权局著作权合同登记号:01-2009-3284图书在版编目(CI)数据车辆动力学及控制/(美)拉贾马尼( Rajamani,R)著:王国业,江发潮等译北京:机械工业出版社,2010.11(汽车先进技术译丛书名原文: Vehicle Dynamics and ControlIsBN9787-11l-31283-3I.①车…Ⅱ.①拉…②王…③江…Ⅲ①汽车—动力学Ⅳ.①U461.1中国版本图书馆CI数据核字(2010)第132639号机被工业出版社(北京市百万庄大街22号邮政编码10007)策划编辑:徐巍责任编辑:刘煊版式设计:霍永明责任校对:刘怡丹封面设计:鞠杨责任印制:杨曦北京中兴印刷有限公司印刷2011年1月第1版第1次印刷169mm×239mm,19印张·369千字00g1—3000册标准书号:ISBN978-7-111-31283-3定价:5900元凡购本书,如有缺页、倒页、脱页,由本社发行鄧调换电话服务网络服务社服务中心:(010)88361066销售一部:(010)68326294门户网:htp://w.cmpbook.com销售二部:(010)88379649教材网http://www.cmpedu.com读者服务部:(010)68993821封面无防伪标均为盗版译者的话本书论述了能足以体现车辆动力学特征、满足车辆控制系统设计需要的车辆动力学模型的建立方法以及车辆动力学控制系统的设计。本书较其他同学论若具有深入、系统和实用的特点,是一本既有理论研究意义又有实际应用价值的参考书。Rajamani教授是明尼苏达大学机减工程系先进控制和微型传感器实验室主任, IEEE/ ASME学报编委。我们关注 Rajamani教授的研究是从2002年他发表的“基于GPS实时识别轮胎-路面摩擦系数”的文章开始的, Rajamani教授长期从事车辆控制技术领域的研究,发表重要论文70余篇,涉及到本书内容的主要方面。2006年我们在网上查到此书,看后觉得此书具有理论研究和实际应用价值,对我国从事车辆动力学及其控制领域的科研人员会有具体指导和帮助,于是有了翻译此书的想法。翻译和出版工作得到机械工业出版社汽车分社的大力支持,在此表示由衷感谢。本书第1章、第2章、第3章、第6章、第7章、第8章由王国业翻译,第4章、第5章、第9章、第10章由江发潮翻译;第11章、第12章、第13章第14章由侯春敏翻译,李淑艳老师审译了部分章节,樊月珍老师参与了本书的部分翻译工作。全书终稿由中国农业大学余群教授审阅,叶阳、曾蔚英、付燕荣、李元、章娟丽、刘恩托、朱妮、付晓丹、肖龙等参与了本书的部分翻译整理工作,在此表示感谢由于水平所限,本书难免有翻译不当之处,欢迎读者提出宝贵意见。译者言作为一名车辆工程专业研究生的指导教师,我经常觉得需要一本对有关汽车控制系统的研究成果及其应用进行总结,以及建立开发这些系统所需的车辆动力学模型的论著。已经出版的为数不多的几本介绍车辆动力学的论著已远远不能满足当今车辆控制系统工程师的需要。车輛控制系统工程师们需要既简单又足以体现车辆动力学特征的,最主要地还要满足设计车辆控制系统需要的车辆动力学模型。本书将试图介绍这样的模型,以及由这些模型开发出的实际汽车控制系统。本书涵盖了巡航控制、自适应巡航控制、制动防抱死系统、车道自动保持系统、高速公路自动行驶、横摆稳定性控制、发动机控制、被动悬架、主动悬架和半主动悬架、轮胎模型以及轮胎一路面参数识别。本书特别介绍了几种在文献中经常采用的轮胎模型。随着汽车在全球范围内应用日广,发展能够更好地适应公路系统,更节能、更舒适、更安全,同时对环境的破坏达到最小的交通体系就显得更加重要。为了达到这诸多方面的,甚至互相冲突的要求,现代汽车越来越倚重于综合应用传感器、调节器和反馈控制的电子控制系统。本书适合供那些在汽车行业和大专院校里从事这类控制系统研究的工程师和专家们参考,同时也适合作为车辆动力学和控制方向的研究生教材。在本书出版后如果发现有排版错误和其他错误将会在下面的网址上及时改Eohtlp://www.menet,utmulledu/wrajamani/vde.htrula如果读者发现了这些错误能够告知我们,我们将会很感激。Rajesh Rajamani译者的话前言第1章概论画画画画画画画b画面晶面量垂西酯面鲁1.1驾驶员辅助系统n■t非自聊t·虚章。售日·申量F·鲁,,·鲁费鲁日···。里自甲日····翻1.2主动稳定性控制系统……1.3平顺性……1.4用于解决交通堵塞的技术着福日画_a自面a自ma曲自at_幽由■面。■1虚自面_虚虚曲自鲁1.4.1自动化公路系统……··。如口·着。中自··由·非·“非·自非abt·士;普1.4.2“交通友好”的自适应巡航系统1.4.3窄型工勤车辆倾斜控制日章∮,面P鲁曹鲁鲁·音·曾1.5排放和燃油经济性……画··。画看·画翻福而福藤·酯番酯串■着昌■备晶鲁音看串看非。着自着即息是t自自1.5.1混合动力汽车…1.5.2燃料电池汽车咖_物鲁咖D自t曲自电P翻4567888参考文献第2章车辆侧向动力学画“面垂“垂画“由音晋音画面音“请普非音番自面音“普普香F;新鲁音曹鲁鲁鲁鲁2.1商业应用开发中的汽车侧向运动控制系统2.1.1车道偏离预警系统2.1.2车道保持系统122.1.3横摆稳定控制系统132.2车辆侧向运动的运动学模型……………………………………………142.3两轮车辆侧向动力学的模型…2.4相对旋转坐标系中点的运动222.5关于路面误差力学模型的讨论……………………………;……232.6动力学模型中的横摆角速度和侧偏角的讨论………2627从车辆坐标系到地面坐标系………………272.8路面模型中:要幽妻脂中着康曹垂萨曹萨者要p曹普鲁,中曹沿。围自·看_“翻d垂垂更吾道垂音自垂曹业函,2.9本章小结参数表参考文献32Ⅵ车辆动力学及控制第3章自动车道保持系统的转向控制·着费·新单和着群;音「+吾吾吾请·非非自音343.1状态反馈343.2动力学方程的稳态误差……………………363.3稳态转向…………………………………393.3.1稳态转向的转向角393.3.2方向角误差能否达到零值…423.3.3非零方向角误差的影响=“m“++..=4·:.:.;4:·:···罗3.4考虑不同的纵向速度433.5输出反馈3.6全反馈闭环系统………………………443.7比例控制闭环系统分析473.8带超前补偿器的回路分析……523.9带超前补偿器的仿真性能……553.10闭环系统性能分析……………………………………563.10.1随车速的性能变化…563.10.2随传感器位置的性能变化…583.1I带超前传感器测量的补偿器设计………593.12本章小结…………………………………………………………60参数表61参考文献∵…………………62第4章车辆纵向动力学4.1整车纵向动力学644.1.1空气阻力■■面654.1.2轮胎纵向力……………………………………………………………664.1.3纵向轮胎力和滑动率之间的依赖关系684.1.4滚动阻力∴………………--4694.1.5法向载荷的计算…………………………………………………714.1.6轮胎有效半径计算4.2传动系统动力学…………………734.2.1变矩器………………………………………………………744.2.2传动系的动力学模型754.2.3发动机动力学…………………74.2.4轮胎动态性能774.3本章小结………………"78參数表目录Ⅶ参考文献自要面世曾曾t世d百哥;,.79第5章车辆纵向控制815.1引言……………………………………………………815.1.1自适应巡航控制系统…815.1.2避撞系统…画福音画看新面晶825.1.3自动化公路系统5.2纵向自动控制的优点……………………835.3巡航控制系统士由…845.4巡航控制系统的上层控制器…………855.5巡航控制系统的下层控制器e:曹e4吾垂普看!串·垂事当星量■看『四■鲁875.5.1根据期望加速度计算发动机转矩…8755.2发动机控制………………鲁量吾日8956防抱死制动系统……895.6.I目的…………………曹音一t自普曹晋普推會鲁量曾·曹曾曹鲁·中·香5.6.2ABS的功能925.6.3基于减速度门限值的算法……………………………………………935.6.4其他ABS控制算法………9656.5关于ABS的近期研究出版物…975.7本章小结…………………………………………97参数表………………………………………………………97参考文献第6章自适应巡航控制…11006.1引言1016.2车辆跟随准则…………1026.3控制系统结构……………………………1036,4车队的稳定行驶1046.5固定车距与自主控制…1046.6固定时距控制策略的自主控制…曹曹看鲁费普音·中自鲁音曹鲁鲁鲁鲁鲁吾平6.6.1基于CTG车距控制策略的车队稳定行驶……1076.6.2典型的延迟值1096.7过渡控制……………………11167.1过渡控制器的必要性…………………………………………………11167.2通过R-R图设计转换控制器…1126.8下层控制器…11569本章小结………………………………………116Ⅷ蠡车辆动力学及控制参数表鲁翻…116参考文献…………………………………117第6章附录…………………………………118第7章车队的纵向控制………………1217.1自动化髙速公路系统……………………12172自动化高速公路系统中的车辆控制……………………1217.3纵向控制结构…1227.4车辆跟随准则……………………1237.4.1单个车辆的稳定行驶…1237.4.2车队的稳定行驶1247.5信号及系统范数的背景2447.5.1信号的范数………………………1247.5.2系统的范数……………………………1257.5.3利用诱导范数矸究信号放大257.6保证车队稳定行驶的设计方法………1277.7固定车距的自主控制…………………………………………………1277.8采用无线通信的固定车距控制策略7.9实验结果………b。都…………1317.10下层控制器………………………………………………………1327.11参数未知车辆的自适应控制13311.1重新定义符号…………………………1337.11.2自适应控制器………………………………………1347.12本章小结………………………………………………………………136参数表··,·翻·137参考文献…………138第7章附录…垂最车·………………139第8章电子稳定性控制………………………1418.1引言……………………141音·非·。·。。非4··非·。非非m中··,·即··量着,··音章·8.1.1稳定性控制原理1418.1.2汽车厂商开发的稳定性控制系统1428.1.3稳定性控制系统的种类…………………………………………………1428.2差动制动控制系统…s………14382.1车辆动力学模型……1438.2.2控制系统架构………………………………………………1458.2.3理想的横摆角速度中自鲁··即··中·鲁··中·更·鲁·鲁助··使曹·中兽,46
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