摘 要：信息技術的發(fā)展促進了工業(yè)自動化發(fā)展，AGV小車在自動化生產線中有十分廣泛的應用?；诖?，本文以AGV小車作為研究對象，指出自動導航車在運行過程中存在的軌跡偏離問題及傳統(tǒng)控制方法的不足，應用模糊控制理論，對AGV小車軌跡跟蹤控制策略進行分析，并對PID控制器和模糊控制器控制的效果進行實驗，實驗結果表明模糊控制器具備更為穩(wěn)定準確的控制結果，魯棒性更強。

關鍵詞：AGV小車；軌跡跟蹤；模糊控制器

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0251-02

前 言

自動導航車的出現(xiàn)有效提升了工業(yè)運輸的效率，可以提高制造行業(yè)的經濟效益。就我國目前的技術水平而言，我國企業(yè)應用的AGV小車集成化及自動化水平偏低，在AGV小車軌跡跟蹤控制方面存在不足，AGV小車很容易在運行過程中出現(xiàn)偏離軌跡的問題，難以切實發(fā)揮出AGV小車的作用，不利于工業(yè)自動化發(fā)展。

1 AGV小車分析

AGV小車又被稱作自動導航車，屬于大型運輸機器人，能夠按照固定軌跡運行。在制造企業(yè)中，自動導航車的應用顯著提升了運輸的效率。AGV小車中應用了大量的先進技術，如PLC單片機技術、計算機技術以及無線通信技術等，在制造企業(yè)中AGV小車的應用達到一定規(guī)模后，技術人員更為關注AGV小車的綜合調度和最優(yōu)控制中。雖然我國煙草企業(yè)和物流企業(yè)中應用了大量的AGV小車，但是AGV小車的控制技術和發(fā)達國家相比，還存在一定的差距，AGV小車的自動運輸仍舊存在一定的問題。

目前我國企業(yè)中應用的AGV小車具備自動導航、自動避障以及無線通信等功能。為了保障上述功能的順利實施，AGV小車需要具備完善的軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，通過控制器高效準確的控制，提升AGV小車運行的安全性及可靠性。目前AGV小車軌跡跟蹤控制系統(tǒng)中常用的控制器為PID控制器，該控制器只能夠在一定范圍內實現(xiàn)AGV小車的有效控制。PID控制器可以在理想環(huán)境下將AGV小車的軌跡控制在較小的范圍內，保障AGV小車的穩(wěn)定運行。但是在實際的工廠環(huán)境下，AGV小車的運行會受到多種因素的影響，PID控制器的控制效果得不到保障，很容易使AGV小車長期偏離預定軌跡，輕則影響物品傳輸效率，重則會對整個自動導航系統(tǒng)產生影響。因此，技術人員需要研發(fā)一種全新的控制器，保障AGV小車的穩(wěn)定軌跡跟蹤控制，保障企業(yè)物品運輸的效率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經濟效益[1]。

2 AGV小車軌跡跟蹤控制策略分析

在AGV小車軌跡控制中，為了保障AGV小車按照預定的軌跡安全行駛，技術人員需要應用高效的控制器，避免AGV小車在運行角度或者運行位置方面出現(xiàn)偏差。目前常用的控制器為PID控制器，該控制器具備一定的局限性，很可能會使自動導航車在運輸產品的過程中，偏離軌道。因此，本文提出一種模糊控制器的設計方法，保障AGV小車軌跡跟蹤控制的有效性及準確性。

2.1 AGV小車軌跡跟蹤控制器的設計

由模糊控制器的組成及模糊控制系統(tǒng)的設計流程，得出AGV小車軌跡跟蹤控制器的設計流程，具體步驟如下：

（1）明確AGV小車軌跡跟蹤控制器的模糊變量及模型，從本質角度而言，對AGV小車進行軌跡跟蹤，就是盡最大限度縮短小車實際運行軌跡和預定軌跡之間的偏差。因此，本文將AGV小車偏差的距離d和偏差的角度a選為模糊控制器的輸入變量，將AGV小車中可以影響偏差的電壓模擬量選擇模糊控制器的輸出變量。但是在大部分模糊控制器中，通常將誤差及誤差變化率選為輸入變量，所以本文將d和a這兩個偏差進行權重組合，組成綜合誤差E與其變化率F作為輸入變量。根據制定的模糊變量，本文選擇雙輸入單輸出類型的模糊控制器，其具體模型如圖1所示。

（2）明確AGV小車軌跡跟蹤控制的論域范圍及變量語言，對于模糊控制器而言，論域范圍主要是指輸入變量以及輸出變量的變化范圍，只有確保輸入變量及輸出變量的范圍符合標準，才能夠保障AGV小車軌跡跟蹤控制的準確性。一般來說，論域范圍的明確可以參照Mamdani提出的方法；技術人員可以根據實際控制需求，制定輸入變量及輸出變量的語言，輸入變量及輸出變量的大都由負大（NB）、負中（NM）、零（ZO）以及正?。≒S）正大（PB）等變量語言表示[2]。

（3）在明確基礎變量之后，需要明確AGV小車軌跡的隸屬度函數，常用的隸屬度函數包括高斯隸屬函數、三角形隸屬函數等，需要根據具體需求選擇相應的函數，對于煙草公司而言，可以選擇三角隸屬函數作為模糊控制器的隸屬度函數；明確函數之后，需要進行解模糊化處理，將模糊結合中的橫坐標和三角隸屬度函數曲線組成的圖形面積重心作為模糊控制的結果。

2.2 AGV小車軌跡跟蹤控制器的實現(xiàn)

2.2.1 AGV小車軌跡跟蹤控制器的參數確定

根據上述流程進行AGV小車軌跡跟蹤控制器的仿真，本文選擇煙草企業(yè)用于運輸煙草產品的AGV小車作為研究對象，分析其模糊控制器的實踐應用。在仿真的模糊控制器中，將綜合誤差E以及綜合誤差變化率F作為輸入變量。將輸入變量以及輸出變量的論域范圍控制在[6，-6]之間，其中，偏差距離d的論域范圍控制在[-0.2m，0.2m]；偏差角度a的論域范圍控制在[-25°，25°]；輸出變量電壓模擬量的論域范圍控制在[-9V，9V]。根據煙草公司AGV小車的實際狀況，模擬控制器應用的控制規(guī)則語句為：If E=A And F=BThen U=C。為了明確本文設計模擬控制器的控制效果，將仿真的模擬控制器和PID模擬控制器分別應用于煙草公司的AGV小車中，對兩者的控制結果進行對比分析。

2.2.2 AGV小車軌跡跟蹤控制器的控制效果分析

首先，PID控制器的模擬結果，在AGV小車偏離軌道時，PID控制器能夠及時響應，逐漸降低AGV小車偏離的角度，但是AGV小車偏離的距離降低的效果不是很顯著。在AGV小車運行一段時間后，PID控制器的控制效果出現(xiàn)了波動，AGV小車的角度誤差和距離誤差均會出現(xiàn)3～4次的變化，才能夠趨于穩(wěn)定，使AGV小車按照預定軌跡運行。

然后，模糊控制器的模擬結果，在AGV小車偏離軌道時，模糊控制器能夠及時響應，逐漸降低AGV小車偏離的角度，AGV小車距離偏差的瞬間降低效果不是很顯著。但是在AGV小車運行一段時間后，模糊控制器的控制效果不會出現(xiàn)波動，AGV小車的角度偏差和距離偏差接近于0。由此可以看出，模糊控制器的控制效果更好，主要表現(xiàn)在控制系統(tǒng)的誤差消除效果更為顯著，系統(tǒng)的穩(wěn)定性偏高[3]。

另外，為了進一步明確模糊控制器的控制效果，本文還對PID控制器和模糊控制器在干擾條件下的控制效果進行分析，分析結果顯示：模糊控制器在受到干擾信號的影響時，雖然控制響應時間有所增加，但是控制效果沒有降低，仍舊沒有出現(xiàn)反復波動的狀況。和PID控制器相比，模糊控制器的控制穩(wěn)定性及魯棒性更高。

2.2.3 AGV小車軌跡跟蹤模糊控制系統(tǒng)設計要點

在模糊控制器設計及應用背景下，AGV小車在進行控制系統(tǒng)的設計時，需要滿足以下條件：①在開啟電源后，AGV小車會進行初始化，如果AGV小車各項參數正常，則正常啟動，如果發(fā)現(xiàn)參數存在異常，則需要自動報警；②在AGV小車自動運行過程中，如果遇到障礙或者發(fā)生故障，需要自動報警；③如果AGV小車運行過程中偏離預定軌跡，控制器需要控制小車回到預定軌跡，直到AGV小車成功完成運輸任務。

3 結 論

綜上所述，和PID控制器相比，模糊控制器的控制效果和穩(wěn)定性更好，可以將其用于AGV小車軌跡跟蹤控制中。通過本文的分析可知，技術人員在進行AGV小車軌跡跟蹤控制時，需要根據企業(yè)的實際狀況，明確模糊控制變量、構建完善的模糊控制模型、選擇最佳的隸屬度函數，充分發(fā)揮出模糊控制器的優(yōu)勢，保障AGV小車的安全穩(wěn)定運行，促進我國工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]倪叢云.滑?？刂圃谥悄苄≤囓壽E跟蹤控制中的應用[J].科技經濟導刊，2017（10）：21～22.

[2]劉傳德.TORA系統(tǒng)周期性軌跡穩(wěn)定控制策略研究[D].東南大學，2016.

[3]李凡凡.兩輪自平衡小車的軌跡跟蹤控制[A].中國自動化學會系統(tǒng)仿真專業(yè)委員會、中國系統(tǒng)仿真學會仿真技術應用專業(yè)委員會.第17屆中國系統(tǒng)仿真技術及其應用學術年會論文集（17thCCSSTA2016）[C].2016：6.

收稿日期：2018-10-29

作者簡介：何建平（1989-），男，工程師，碩士，主要從事物流技術工作。