基于Kalman濾波和PD控制的磁釘定位AGV導(dǎo)航

許柏楊 王冬青

摘要：為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引車（automatic guided vehicle，AGV）的精確導(dǎo)航，本文提出一種基于Kalman濾波和比例微分（proportiondifferential，PD）控制的磁釘定位AGV導(dǎo)航方法。將磁釘布設(shè)于AGV行進(jìn)的區(qū)域內(nèi)，根據(jù)磁性傳感器得到AGV當(dāng)前的位姿信息，與預(yù)定路徑進(jìn)行比較，得到當(dāng)前的航向偏差，作為PD控制器的輸入，將AGV的位姿調(diào)整量作為輸出。同時(shí)，利用卡爾曼濾波算法對(duì)帶有噪聲干擾的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，從而進(jìn)一步提高AGV的定位精度，并采用Matlab軟件進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明，當(dāng)比例增益KP=535，微分系數(shù)KD=085時(shí)，能夠在較快的時(shí)間內(nèi)校正小車的航向偏差，說明所提出的Kalman濾波和PD控制對(duì)磁釘定位AGV導(dǎo)航有效可行。該研究具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：卡爾曼濾波; 磁釘定位; AGV導(dǎo)航; PD

中圖分類號(hào)： TP242.2; TN713文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)： 10069798（2019）01002704; DOI： 10.13306/j.10069798.2019.01.005

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，AGV在工業(yè)制造和倉儲(chǔ)等場(chǎng)景中的應(yīng)用變得越來越廣泛[1]。為了適應(yīng)多變的應(yīng)用場(chǎng)景，AGV導(dǎo)航技術(shù)的研究顯得尤為重要。目前，AGV導(dǎo)航常用的方法有磁導(dǎo)航、光學(xué)導(dǎo)航、激光導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航等[23]。李鳳娥等人[4]為解決自動(dòng)引導(dǎo)車的定位精度，提出了基于磁釘技術(shù)的AGV組合導(dǎo)航系統(tǒng)定位;楊惠等人[5]提出了一種基于模糊比例積分微分（proportionintegraldifferential，PID）的控制策略，通過模糊控制整定PID的3個(gè)參數(shù)的變化量，調(diào)整小車尋跡過程不斷發(fā)生的變化;任國(guó)華等人[6]針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行中受環(huán)境因素的影響，采用一種擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對(duì)機(jī)器人的軌跡信息進(jìn)行校正;陳姍姍等人[7]為實(shí)現(xiàn)除草機(jī)器人田間作業(yè)時(shí)自主導(dǎo)航，采用GPS導(dǎo)航技術(shù)和PID算法等，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)定路徑的跟蹤;許根源等人[8]為了減少噪聲干擾對(duì)全球定位系統(tǒng)/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（global positioning system/inertial navigation system，GPS/INS）準(zhǔn)確性的影響，采用最優(yōu)估計(jì)理論中卡爾曼濾波理論基礎(chǔ)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究。基于此，本文提出了一種基于Kalman濾波和PD控制的磁釘定位AGV導(dǎo)航方法。該方法實(shí)現(xiàn)了小車速度和位置的控制，并通過卡爾曼濾波減少環(huán)境產(chǎn)生的噪音干擾，提高定位的精度和準(zhǔn)確性。同時(shí)，采用PD控制，使AGV系統(tǒng)快速擬制行駛中出現(xiàn)的誤差，按規(guī)劃路徑精確行駛。該研究對(duì)AGV的路徑跟蹤具有重要意義。

1AGV的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

磁性導(dǎo)航AGV運(yùn)動(dòng)模型具有不同速度的6輪結(jié)構(gòu)，前部有2個(gè)萬向輪，中間和尾部有2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和2個(gè)定向輪，該車輛由2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)。磁性導(dǎo)航AGV運(yùn)動(dòng)模型如圖1所示。

4結(jié)束語

為解決AGV導(dǎo)航的精確問題，本文主要對(duì)基于Kalman濾波和PD控制的磁釘定位AGV導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行研究。采用磁釘定位的方法，通過卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航參數(shù)的最優(yōu)估計(jì)，減少了系統(tǒng)的定位誤差，同時(shí)通過PD控制，實(shí)現(xiàn)了AGV沿規(guī)劃路徑行駛。雖然誤差存在一定波動(dòng)，但一段時(shí)間后，趨于穩(wěn)定，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所提出的導(dǎo)航方法的可行性。該方法對(duì)AGV導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)一步研究具有一定的意義。

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