自动小车平台控制系统设计与实现

摘 要：自动小车称之为自动导引小车，也可以称为AGV小车。是指安装有如电磁装置或光学装置等自动导引器件，并且可以沿着预定的路径平稳行驶的无人小车。它对现代制造业、现代物流十分重要，因为他的高度柔性化和自动化的特点，大大的减少了运输成本。

关键词：自动导引小车；寻迹行驶

1 小车平台的搭建

在定制的pcb板上安装上电机驱动模块，稳压模块，OLED屏显示模块，STM32F103ZET6处理器主控制模块，由光电传感器组成的路径识别模块，测速模块。

一个无人地面小车平台能否平稳有效的行驶，先决条件是它具有良好稳定的电力供给和电机驱动系统，在设备选型上电机驱动模块选用集成有H桥式电路的L298N电机驱动芯片，其输出电流大，功率强。

稳压电源电路为整个无人地面小车提供电源，负责寻迹扫描黑线的红外光电传感器ST188电压为5V，负责进行测速的传感器电压为5V，STM32处理器的供电电压为3.3V，电机的供电电压为5V。

路径识别模块是小车能够实现寻迹行驶的关键，本次采用由5个光电式传感器（ST188）为导引器件的光电导引方式进行有效控制。

测速模块采用光电对管型号为ITR9608，一边是发光二极管，一边是光敏三极管，当码盘在光电对管内槽中转动时，三极管会输出变化的电压信号，经过比较器，就输出了PWM信号，单片机采集这些信号就可以计算速度。

在无人地面小车上安装显示装置，通过屏幕显示无人小车的实时信息，便于更好的控制小车。OLED具备轻薄、省电等特性，具备了许多LCD不可比拟的优势。

2 控制系统及其算法

本次设计采用偏差累积法和PID控制来对小车进行控制。无人地面小车在预定轨道按照预定速度行驶，在行驶时两边的车速可能有略微的差别，这就会使得小车在直线行驶时会发生小的偏移，这时通过记下左右的光栅数进行比较控制，小车的速度由控制器给定对应速度时的加载电压进行控制。当左边光栅数大于右邊，加载在右边一个小的速度增量Δv使小车左小偏。反之亦然。当左边的第一个红外光电传感器检测到了黑色的胶带时，通过预定程序在右轮上加载一个速度增量ΔV使得右轮的速度大于左轮，使小车左偏；当左边的第二个红外光电传感器检测到了黑色的胶带时，通过预定程序在右轮上加载一个速度增量两倍ΔV使得右轮的速度大于左轮，使小车左大偏。

在本设计中，将采用累计偏差法和增量式PID算法对小车进行控制运作经过测得车轮的直径为66mm，光电码盘的齿数为20，轮子周长为207mm=20.7cm，程序通过判断高低电平的变化次数来计数，也就是说轮子转一圈计数次数为40。

其中C为测得的一个计数变化表示的距离，V为小车的实际速度，n为测得的变化次数。

这里采用PID控制器对速度进行控制，STM32通过采集编码器发送过来的信号算出当前的实际速度V，然后通过期望的速度与实际的速度的比较计算出当前的误差e（i）和前一次的误差e（i1）和前两次的误差e（i2），将得到的三个值代入增量式函数：

Δui=d0ei+d1ei1+d2ei2

ui=ui1+Δui

d0=K（1+TTi+TdT）

d1=-K（1+2TdT）

d2=KTdT

其中，e为引导线偏离车体中轴线的偏差值，K为比例系数，T为速度采样周期，Ti为积分环节时间常数，Td为微分环节时间常数，经过试凑法的参数整定进而得出了差值，调节PWM波的大小进而得到期望的速度。在直道行驶时两边给予相同的速度为50cm/s，当在弯道时给予两边车轮一个速度差值使他进行转向。

3 小车的实际测试

通过实验所测出的数据建立地图，然后描点划线描绘出实际运行路线与预定轨迹的偏差值来判断效果的好坏。进而进行准确的调试。通过实际测量与数据归纳描绘出不同速差下小车运动图如下：

4 总结

小车在转弯时出现摆头过大，不能平稳的压弯的运行。原因是由于小车在检测到偏转信息时作出差速调节时，这个差速值过大导致调节过度，小车摆头严重。差速过小导致在弯道时调节不足。这需要通过程序设定减小输出的PWM的大小进行调节。

作者简介：何贵（1995），男，四川成都大邑县人，本科，研究方向：电气工程及其自动化。