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轮式铰接机器人动力转向控制系统的研究

作　者: 牛鸣岐
导　师: 宫文斌
学　校: 吉林大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 轮式机器人 电液比例控制 PWM 模糊控制 PID控制器
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


面向复杂非结构化环境中的多功能运动载体技术多年来一直是机器人研究的热点问题之一。越障移动机器人所处环境大多为复杂的非机构化环境,因此需要机器人具备高机动性,强大的环境适应能力和快速的反应能力。具有高度越障能力的机器人行驶系统,由于地面状况十分复杂,往往需要较大的转向力矩,普通的转向方式往往不能满足其转向力矩的要求,而且转向系统是决定轮式机器人安全性和作业效率的关键总成。因此,本论文以具有2自由度的轮式铰接机器人的动力转向系统为研究方向,采用电液比例控制技术,设计了电液比例压力控制流量放大阀的动力转向系统;控制系统采用了电液闭环比例位置控制系统,设计了比例放大单元电路和PWM控制单元电路,以此控制比例减压阀输出相应的控制压力,从而把电控的快速、灵活等特点与液压传动功率大等特点结合起来;在转向控制系统中设计了自适应模糊PID控制器,并利用MATLAB软件中的模糊逻辑工具箱和Simulink工具进行了相应的算法研究和仿真试验。从而解决了行驶稳定性和作业效率之间的矛盾,为铰接机器人的转向系统提供了合理的控制方式,使其动力转向系统的遥控操作成为可能。本文研究课题得到了国家高技术研究发展计划(863计划)项目“面向复杂非结构地形具有2自由度铰接车体的轮式机器人”的资助。

全文目录


提要  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 轮式移动机器人概述  8-9
  1.2 轮式移动机器人国内外发展概况  9-12
    1.2.1 国外发展概况  9-11
    1.2.2 国内发展概况  11-12
  1.3 本文研究的主要内容和目标  12-14
第2章 轮式铰接机器人转向控制系统总体设计方案  14-20
  2.1 轮式铰接机器人的基本结构  14-16
  2.2 轮式铰接机器人的转向系统  16-18
    2.2.1 转向系统的特点及分类  16-17
    2.2.2 轮式铰接机器人动态转向分析  17-18
  2.3 转向控制系统的总体设计方案  18-20
第3章 轮式铰接机器人动力转向控制系统液控单元设计  20-34
  3.1 电液比例控制技术概述  20-21
  3.2 电液比例压力控制流量放大转向系统  21-24
    3.2.1 液压控制系统的工作原理及组成  21-22
    3.2.2 比例减压阀的原理及静态性能指标  22-24
  3.3 电液比例压力控制流量放大转向控制系统数学模型的建立  24-34
    3.3.1 比例减压阀控制系统的传递函数  25-27
    3.3.2 流量放大阀控制系统的传递函数  27-32
    3.3.3 建立转向控制系统的数学模型  32-34
第4章 轮式铰接机器人动力转向控制系统电控单元设计  34-52
  4.1 转向系统的电气控制原理  34-35
  4.2 单片机的选择及相关介绍  35-36
  4.3 A/D 转换器的选择及相关介绍  36-37
  4.4 AD1674 与单片机AT89S52 的接口电路设计  37-39
  4.5 比例放大单元电路设计  39-43
    4.5.1 比例放大器的组成及分类  39-40
    4.5.2 信号采集放大电路的设计  40-42
    4.5.3 电源稳压电路的设计  42-43
  4.6 脉冲宽度调制（PWM）单元电路  43-49
    4.6.1 脉冲宽度调制（PWM）原理及特点  43-45
    4.6.2 脉冲宽度调制（PWM）电路的基本形式  45-46
    4.6.3 系统PWM 输出功率驱动放大和斩波稳流电路  46-48
    4.6.4 分频电路的设计  48-49
  4.7 硬件抗干扰设计  49-52
第5章 转向控制系统模糊PID 算法研究及控制器设计  52-64
  5.1 PID 控制调节原理  52-53
  5.2 模糊控制技术概述  53-54
  5.3 自适应模糊PID 控制器的设计  54-64
    5.3.1 模糊PID 控制系统原理及结构  55-56
    5.3.2 模糊控制器的设计流程  56-57
    5.3.3 建立自适应模糊PID 控制器模型  57-63
    5.3.4 自适应模糊PID 控制器的确立  63-64
第6章 基于MATLAB 的仿真试验与分析  64-70
  6.1 模糊PID 控制器与Simulink 连接  64-66
  6.2 模糊PID 控制器参数自整定原则  66
  6.3 建立控制系统结构仿真框图  66-68
  6.4 利用Simulink 仿真试验  68-69
  6.5 结论  69-70
第7章 论文总结  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
摘要  75-77
Abstract  77-78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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