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摘 要：信息技术的发展促进了工业自动化发展，AGV小车在自动化生产线中有十分广泛的应用。基于此，本文以AGV小车作为研究对象，指出自动导航车在运行过程中存在的轨迹偏离问题及传统控制方法的不足，应用模糊控制理论，对AGV小车轨迹跟踪控制策略进行分析，并对PID控制器和模糊控制器控制的效果进行实验，实验结果表明模糊控制器具备更为稳定准确的控制结果，鲁棒性更强。
关键词：AGV小车；轨迹跟踪；模糊控制器
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0251-02
前 言
自动导航车的出现有效提升了工业运输的效率，可以提高制造行业的经济效益。就我国目前的技术水平而言，我国企业应用的AGV小车集成化及自动化水平偏低，在AGV小车轨迹跟踪控制方面存在不足，AGV小车很容易在运行过程中出现偏离轨迹的问题，难以切实发挥出AGV小车的作用，不利于工业自动化发展。
1 AGV小车分析
AGV小车又被称作自动导航车，属于大型运输机器人，能够按照固定轨迹运行。在制造企业中，自动导航车的应用显著提升了运输的效率。AGV小车中应用了大量的先进技术，如PLC单片机技术、计算机技术以及无线通信技术等，在制造企业中AGV小车的应用达到一定规模后，技术人员更为关注AGV小车的综合调度和最优控制中。虽然我国烟草企业和物流企业中应用了大量的AGV小车，但是AGV小车的控制技术和发达国家相比，还存在一定的差距，AGV小车的自动运输仍旧存在一定的问题。
目前我国企业中应用的AGV小车具备自动导航、自动避障以及无线通信等功能。为了保障上述功能的顺利实施，AGV小车需要具备完善的轨迹跟踪控制系统，通过控制器高效准确的控制，提升AGV小车运行的安全性及可靠性。目前AGV小车轨迹跟踪控制系统中常用的控制器为PID控制器，该控制器只能够在一定范围内实现AGV小车的有效控制。PID控制器可以在理想环境下将AGV小车的轨迹控制在较小的范围内，保障AGV小车的稳定运行。但是在实际的工厂环境下，AGV小车的运行会受到多种因素的影响，PID控制器的控制效果得不到保障，很容易使AGV小车长期偏离预定轨迹，轻则影响物品传输效率，重则会对整个自动导航系统产生影响。因此，技术人员需要研发一种全新的控制器，保障AGV小车的稳定轨迹跟踪控制，保障企业物品运输的效率，为企业创造更大的经济效益[1]。
2 AGV小车轨迹跟踪控制策略分析
在AGV小车轨迹控制中，为了保障AGV小车按照预定的轨迹安全行驶，技术人员需要应用高效的控制器，避免AGV小车在运行角度或者运行位置方面出现偏差。目前常用的控制器为PID控制器，该控制器具备一定的局限性，很可能会使自动导航车在运输产品的过程中，偏离轨道。因此，本文提出一种模糊控制器的设计方法，保障AGV小车轨迹跟踪控制的有效性及准确性。
2.1 AGV小车轨迹跟踪控制器的设计
由模糊控制器的组成及模糊控制系统的设计流程，得出AGV小车轨迹跟踪控制器的设计流程，具体步骤如下：
（1）明确AGV小车轨迹跟踪控制器的模糊变量及模型，从本质角度而言，对AGV小车进行轨迹跟踪，就是尽最大限度缩短小车实际运行轨迹和预定轨迹之间的偏差。因此，本文将AGV小车偏差的距离d和偏差的角度a选为模糊控制器的输入变量，将AGV小车中可以影响偏差的电压模拟量选择模糊控制器的输出变量。但是在大部分模糊控制器中，通常将误差及误差变化率选为输入变量，所以本文将d和a这两个偏差进行权重组合，组成综合误差E与其变化率F作为输入变量。根据制定的模糊变量，本文选择双输入单输出类型的模糊控制器，其具体模型如图1所示。
（2）明确AGV小车轨迹跟踪控制的论域范围及变量语言，对于模糊控制器而言，论域范围主要是指输入变量以及输出变量的变化范围，只有确保输入变量及输出变量的范围符合标准，才能够保障AGV小车轨迹跟踪控制的准确性。一般来说，论域范围的明确可以参照Mamdani提出的方法；技术人员可以根据实际控制需求，制定输入变量及输出变量的语言，输入变量及输出变量的大都由负大（NB）、负中（NM）、零（ZO）以及正小（PS）正大（PB）等变量语言表示[2]。
（3）在明确基础变量之后，需要明确AGV小车轨迹的隶属度函数，常用的隶属度函数包括高斯隶属函数、三角形隶属函数等，需要根据具体需求选择相应的函数，对于烟草公司而言，可以选择三角隶属函数作为模糊控制器的隶属度函数；明确函数之后，需要进行解模糊化处理，将模糊结合中的横坐标和三角隶属度函数曲线组成的图形面积重心作为模糊控制的结果。
2.2 AGV小車轨迹跟踪控制器的实现
2.2.1 AGV小车轨迹跟踪控制器的参数确定
根据上述流程进行AGV小车轨迹跟踪控制器的仿真，本文选择烟草企业用于运输烟草产品的AGV小车作为研究对象，分析其模糊控制器的实践应用。在仿真的模糊控制器中，将综合误差E以及综合误差变化率F作为输入变量。将输入变量以及输出变量的论域范围控制在[6，-6]之间，其中，偏差距离d的论域范围控制在[-0.2m，0.2m]；偏差角度a的论域范围控制在[-25°，25°]；输出变量电压模拟量的论域范围控制在[-9V，9V]。根据烟草公司AGV小车的实际状况，模拟控制器应用的控制规则语句为：If E=A And F=BThen U=C。为了明确本文设计模拟控制器的控制效果，将仿真的模拟控制器和PID模拟控制器分别应用于烟草公司的AGV小车中，对两者的控制结果进行对比分析。
2.2.2 AGV小车轨迹跟踪控制器的控制效果分析
首先，PID控制器的模拟结果，在AGV小车偏离轨道时，PID控制器能够及时响应，逐渐降低AGV小车偏离的角度，但是AGV小车偏离的距离降低的效果不是很显著。在AGV小车运行一段时间后，PID控制器的控制效果出现了波动，AGV小车的角度误差和距离误差均会出现3～4次的变化，才能够趋于稳定，使AGV小车按照预定轨迹运行。 然后，模糊控制器的模拟结果，在AGV小车偏离轨道时，模糊控制器能够及时响应，逐渐降低AGV小车偏离的角度，AGV小车距离偏差的瞬间降低效果不是很显著。但是在AGV小车运行一段时间后，模糊控制器的控制效果不会出现波动，AGV小车的角度偏差和距离偏差接近于0。由此可以看出，模糊控制器的控制效果更好，主要表现在控制系统的误差消除效果更为显著，系统的稳定性偏高[3]。
另外，为了进一步明确模糊控制器的控制效果，本文还对PID控制器和模糊控制器在干扰条件下的控制效果进行分析，分析结果显示：模糊控制器在受到干扰信号的影响时，虽然控制响应时间有所增加，但是控制效果没有降低，仍旧没有出现反复波动的状况。和PID控制器相比，模糊控制器的控制稳定性及鲁棒性更高。
2.2.3 AGV小车轨迹跟踪模糊控制系统设计要点
在模糊控制器设计及应用背景下，AGV小车在进行控制系统的设计时，需要满足以下条件：①在开启电源后，AGV小车会进行初始化，如果AGV小车各项参数正常，则正常启动，如果发现参数存在异常，则需要自动报警；②在AGV小车自动运行过程中，如果遇到障碍或者发生故障，需要自动报警；③如果AGV小车运行过程中偏离预定轨迹，控制器需要控制小车回到预定轨迹，直到AGV小车成功完成运输任务。
3 结 论
综上所述，和PID控制器相比，模糊控制器的控制效果和稳定性更好，可以将其用于AGV小车轨迹跟踪控制中。通过本文的分析可知，技术人员在进行AGV小车轨迹跟踪控制时，需要根据企业的实际状况，明确模糊控制变量、构建完善的模糊控制模型、选择最佳的隶属度函数，充分发挥出模糊控制器的优势，保障AGV小车的安全稳定运行，促进我国工业可持续发展。
参考文献
[1]倪丛云.滑模控制在智能小车轨迹跟踪控制中的应用[J].科技经济导刊，2017（10）：21～22.
[2]劉传德.TORA系统周期性轨迹稳定控制策略研究[D].东南大学，2016.
[3]李凡凡.两轮自平衡小车的轨迹跟踪控制[A].中国自动化学会系统仿真专业委员会、中国系统仿真学会仿真技术应用专业委员会.第17届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集（17thCCSSTA2016）[C].2016：6.
收稿日期：2018-10-29
作者简介：何建平（1989-），男，工程师，硕士，主要从事物流技术工作。
关键词：AGV小车；轨迹跟踪；模糊控制器
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0251-02
前 言
自动导航车的出现有效提升了工业运输的效率，可以提高制造行业的经济效益。就我国目前的技术水平而言，我国企业应用的AGV小车集成化及自动化水平偏低，在AGV小车轨迹跟踪控制方面存在不足，AGV小车很容易在运行过程中出现偏离轨迹的问题，难以切实发挥出AGV小车的作用，不利于工业自动化发展。
1 AGV小车分析
AGV小车又被称作自动导航车，属于大型运输机器人，能够按照固定轨迹运行。在制造企业中，自动导航车的应用显著提升了运输的效率。AGV小车中应用了大量的先进技术，如PLC单片机技术、计算机技术以及无线通信技术等，在制造企业中AGV小车的应用达到一定规模后，技术人员更为关注AGV小车的综合调度和最优控制中。虽然我国烟草企业和物流企业中应用了大量的AGV小车，但是AGV小车的控制技术和发达国家相比，还存在一定的差距，AGV小车的自动运输仍旧存在一定的问题。
目前我国企业中应用的AGV小车具备自动导航、自动避障以及无线通信等功能。为了保障上述功能的顺利实施，AGV小车需要具备完善的轨迹跟踪控制系统，通过控制器高效准确的控制，提升AGV小车运行的安全性及可靠性。目前AGV小车轨迹跟踪控制系统中常用的控制器为PID控制器，该控制器只能够在一定范围内实现AGV小车的有效控制。PID控制器可以在理想环境下将AGV小车的轨迹控制在较小的范围内，保障AGV小车的稳定运行。但是在实际的工厂环境下，AGV小车的运行会受到多种因素的影响，PID控制器的控制效果得不到保障，很容易使AGV小车长期偏离预定轨迹，轻则影响物品传输效率，重则会对整个自动导航系统产生影响。因此，技术人员需要研发一种全新的控制器，保障AGV小车的稳定轨迹跟踪控制，保障企业物品运输的效率，为企业创造更大的经济效益[1]。
2 AGV小车轨迹跟踪控制策略分析
在AGV小车轨迹控制中，为了保障AGV小车按照预定的轨迹安全行驶，技术人员需要应用高效的控制器，避免AGV小车在运行角度或者运行位置方面出现偏差。目前常用的控制器为PID控制器，该控制器具备一定的局限性，很可能会使自动导航车在运输产品的过程中，偏离轨道。因此，本文提出一种模糊控制器的设计方法，保障AGV小车轨迹跟踪控制的有效性及准确性。
2.1 AGV小车轨迹跟踪控制器的设计
由模糊控制器的组成及模糊控制系统的设计流程，得出AGV小车轨迹跟踪控制器的设计流程，具体步骤如下：
（1）明确AGV小车轨迹跟踪控制器的模糊变量及模型，从本质角度而言，对AGV小车进行轨迹跟踪，就是尽最大限度缩短小车实际运行轨迹和预定轨迹之间的偏差。因此，本文将AGV小车偏差的距离d和偏差的角度a选为模糊控制器的输入变量，将AGV小车中可以影响偏差的电压模拟量选择模糊控制器的输出变量。但是在大部分模糊控制器中，通常将误差及误差变化率选为输入变量，所以本文将d和a这两个偏差进行权重组合，组成综合误差E与其变化率F作为输入变量。根据制定的模糊变量，本文选择双输入单输出类型的模糊控制器，其具体模型如图1所示。
（2）明确AGV小车轨迹跟踪控制的论域范围及变量语言，对于模糊控制器而言，论域范围主要是指输入变量以及输出变量的变化范围，只有确保输入变量及输出变量的范围符合标准，才能够保障AGV小车轨迹跟踪控制的准确性。一般来说，论域范围的明确可以参照Mamdani提出的方法；技术人员可以根据实际控制需求，制定输入变量及输出变量的语言，输入变量及输出变量的大都由负大（NB）、负中（NM）、零（ZO）以及正小（PS）正大（PB）等变量语言表示[2]。
（3）在明确基础变量之后，需要明确AGV小车轨迹的隶属度函数，常用的隶属度函数包括高斯隶属函数、三角形隶属函数等，需要根据具体需求选择相应的函数，对于烟草公司而言，可以选择三角隶属函数作为模糊控制器的隶属度函数；明确函数之后，需要进行解模糊化处理，将模糊结合中的横坐标和三角隶属度函数曲线组成的图形面积重心作为模糊控制的结果。
2.2 AGV小車轨迹跟踪控制器的实现
2.2.1 AGV小车轨迹跟踪控制器的参数确定
根据上述流程进行AGV小车轨迹跟踪控制器的仿真，本文选择烟草企业用于运输烟草产品的AGV小车作为研究对象，分析其模糊控制器的实践应用。在仿真的模糊控制器中，将综合误差E以及综合误差变化率F作为输入变量。将输入变量以及输出变量的论域范围控制在[6，-6]之间，其中，偏差距离d的论域范围控制在[-0.2m，0.2m]；偏差角度a的论域范围控制在[-25°，25°]；输出变量电压模拟量的论域范围控制在[-9V，9V]。根据烟草公司AGV小车的实际状况，模拟控制器应用的控制规则语句为：If E=A And F=BThen U=C。为了明确本文设计模拟控制器的控制效果，将仿真的模拟控制器和PID模拟控制器分别应用于烟草公司的AGV小车中，对两者的控制结果进行对比分析。
2.2.2 AGV小车轨迹跟踪控制器的控制效果分析
首先，PID控制器的模拟结果，在AGV小车偏离轨道时，PID控制器能够及时响应，逐渐降低AGV小车偏离的角度，但是AGV小车偏离的距离降低的效果不是很显著。在AGV小车运行一段时间后，PID控制器的控制效果出现了波动，AGV小车的角度误差和距离误差均会出现3～4次的变化，才能够趋于稳定，使AGV小车按照预定轨迹运行。 然后，模糊控制器的模拟结果，在AGV小车偏离轨道时，模糊控制器能够及时响应，逐渐降低AGV小车偏离的角度，AGV小车距离偏差的瞬间降低效果不是很显著。但是在AGV小车运行一段时间后，模糊控制器的控制效果不会出现波动，AGV小车的角度偏差和距离偏差接近于0。由此可以看出，模糊控制器的控制效果更好，主要表现在控制系统的误差消除效果更为显著，系统的稳定性偏高[3]。
另外，为了进一步明确模糊控制器的控制效果，本文还对PID控制器和模糊控制器在干扰条件下的控制效果进行分析，分析结果显示：模糊控制器在受到干扰信号的影响时，虽然控制响应时间有所增加，但是控制效果没有降低，仍旧没有出现反复波动的状况。和PID控制器相比，模糊控制器的控制稳定性及鲁棒性更高。
2.2.3 AGV小车轨迹跟踪模糊控制系统设计要点
在模糊控制器设计及应用背景下，AGV小车在进行控制系统的设计时，需要满足以下条件：①在开启电源后，AGV小车会进行初始化，如果AGV小车各项参数正常，则正常启动，如果发现参数存在异常，则需要自动报警；②在AGV小车自动运行过程中，如果遇到障碍或者发生故障，需要自动报警；③如果AGV小车运行过程中偏离预定轨迹，控制器需要控制小车回到预定轨迹，直到AGV小车成功完成运输任务。
3 结 论
综上所述，和PID控制器相比，模糊控制器的控制效果和稳定性更好，可以将其用于AGV小车轨迹跟踪控制中。通过本文的分析可知，技术人员在进行AGV小车轨迹跟踪控制时，需要根据企业的实际状况，明确模糊控制变量、构建完善的模糊控制模型、选择最佳的隶属度函数，充分发挥出模糊控制器的优势，保障AGV小车的安全稳定运行，促进我国工业可持续发展。
参考文献
[1]倪丛云.滑模控制在智能小车轨迹跟踪控制中的应用[J].科技经济导刊，2017（10）：21～22.
[2]劉传德.TORA系统周期性轨迹稳定控制策略研究[D].东南大学，2016.
[3]李凡凡.两轮自平衡小车的轨迹跟踪控制[A].中国自动化学会系统仿真专业委员会、中国系统仿真学会仿真技术应用专业委员会.第17届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集（17thCCSSTA2016）[C].2016：6.
收稿日期：2018-10-29
作者简介：何建平（1989-），男，工程师，硕士，主要从事物流技术工作。