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轮式月球车驱动特性与控制技术研究

作　者: 孙伟
导　师: 赵钧
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 月球车差速转向滑转率附着力模型 PID控制
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 416次
引　用: 3次
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内容摘要

月球探测车的研制是一项复杂的系统工程,它涉及到众多领域的技术。月球车的驱动控制技术是其中的重要技术之一。本文的内容即是对这一重要技术所进行的初步探索。本文首先对六轮独立驱动式月球车所采用的行走系统进行了运动学分析,推导了月球车正常行驶状态下各车轮的纵向速度,并给出以转向半径为临界值的差速转向系统的正、反向差速的转换条件。此外,还对差速转向月球车的路径跟踪算法进行了研究,在着重分析了圆弧跟踪算法后,给出了相应的仿真。附着力是车辆行驶所必须考虑的关键因素。围绕月球车驱动力的确定,本文分析了路面附着系数与滑转率的关系,以车辆动力学分析中常用的几种车轮力模型为基础,选择了带有指数函数的多项式模型作为分析月球车车轮附着力的模型。通过对比车轮的结构和行驶环境,并分析附着力模型的曲线图以此确定模型中的各个参数。在对月球车的动力学分析的基础上建立了整车的车辆模型。在动力学模型的基础上,根据滑转率和附着系数的关系,本文对月球车进行了动力学仿真,展示固定转矩和固定滑转率两种情况下的动力学特点,得出了滑转率影响到车辆驱动性能的结论。本文在稳定性分析的基础上得出控制滑转率和速度的各类参数范围,选出了有良好特性的控制参数,并进行了仿真验证。月球车在路况未知的路径下行走,其各轮可能因路况不同导致速度差异,为了解决因这种可能性带来的各轮的速度失调,本文对同轴下的两轮进行了协调控制,既考虑到路况转换时的滑转率控制,还兼顾到速度控制,并进行了仿真验证,证明了速度协调的良好作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题背景  10-11
    1.1.1 月球探测的科技及经济意义  10
    1.1.2 月球探测所具有的政治和军事意义  10-11
  1.2 人类月球探测的历程  11-14
    1.2.1 月球探测的基本现状  11-12
    1.2.2 月球车的应用意义及研究现状  12-14
  1.3 月球车驱动控制研究的关键技术  14-16
    1.3.1 协调控制策略  14-15
    1.3.2 电机技术  15
    1.3.3 路面识别技术  15
    1.3.4 建立月球车运动的正确的数学模型  15-16
    1.3.5 传感器技术  16
    1.3.6 执行机构滞后的处理技术  16
    1.3.7 电子控制装置的抗干扰技术  16
  1.4 本文研究的主要内容  16-18
第2章月球车行走及驱动系统  18-29
  2.1 行走系统的分类  18-19
    2.1.1 腿式行走系统  18-19
    2.1.2 履带式行走系统  19
    2.1.3 轮式行走系统  19
  2.2 六轮独立驱动系统运动学分析  19-24
    2.2.1 独立差速驱动系统简介  19
    2.2.2 差速转向的月球车运动学分析  19-24
  2.3 六轮独立驱动系统运动学仿真  24-28
    2.3.1 路径跟踪  24
    2.3.2 圆弧跟踪原理介绍  24
    2.3.3 圆弧跟踪算法研究  24-27
    2.3.4 月球车运动学仿真  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章车轮——路面力学模型  29-42
  3.1 月球车驱动的动力学分析  29-30
  3.2 影响路面附着系数的因素  30-31
  3.3 车辆动力学分析中的车轮力模型  31-34
  3.4 指数函数多项式的车轮力模型  34-35
  3.5 整车动力学模型的建立  35-38
  3.6 月球车动力学仿真  38-41
    3.6.1 仿真目的  38
    3.6.2 参数选择与模块搭建  38-40
    3.6.3 结果分析  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第4章基于PID 控制滑转率的驱动控制实现  42-51
  4.1 路面变化时的运动学仿真  42-43
  4.2 PID 控制理论介绍  43-45
  4.3 滑转率控制仿真  45-47
  4.4 控制系统稳定性分析  47-49
  4.5 控制系统动特性分析分析  49-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章月球车速度控制  51-61
  5.1 速度控制系统  51
  5.2 速度控制稳定性分析  51-53
  5.3 滑转率的范围分析  53
  5.4 附着系数分析  53-54
  5.5 普通路面速度控制  54-55
  5.6 路面变化时的速度控制  55-58
  5.7 同轴两轮的速度协调控制  58-60
  5.8 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-66
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  66
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  66
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  66-67
致谢  67-68
作者简历  68

轮式月球车驱动特性与控制技术研究

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