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智能小车运动控制技术的研究

作　者: 王晶
导　师: 翁显耀
学　校: 武汉理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 自动寻迹 红外传感器 PWM调制 PID控制算法
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 842次
引　用: 6次
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内容摘要


智能小车,也就是轮式机器人,最适合在那些人类无法工作的环境中工作,该技术可以应用于无人驾驶机动车,无人生产线,仓库,服务机器人,航空航天等领域。作为20世纪自动化领域的重大成就,机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。因此为了使智能小车工作在最佳状态,进一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。本文首先详细介绍了智能小车硬件系统的设计。系统主控制核心采用了freescale 16位单片机MC9S12DG128B,该系统是在CodeWarrior软件平台基础上设计完成的,可以采用C、C++语言和汇编语言编程。系统硬件包括电源模块,寻迹传感器模块,车速测量模块,电机驱动模块以及负责转向的舵机模块的设计。在寻迹传感器模块中,为了提高红外传感器的探测距离,我们采取脉冲发光的方式,用PWM来控制传感器发射管的导通和关闭。以此在得到高瞬时电流的同时,使其平均电流不超过传感器的极限工作电流。其次,本文重点介绍了一种智能小车路径识别算法。通过传感器的敏感距离与传感器的相对输出值之乘积可得此传感器与黑线中心的距离,从而计算出此时黑线位置的坐标值,根据此坐标值来调整小车的运动方向。再次,根据系统硬件的设计和确定的控制策略在Code Warrior4.6集成开发环境下完成了控制器的时钟模块,PWM模块,ECT模块,A/D模块的初始化以及对车体PID控制算法的数学模型进行了研究。最后,通过对小车进行仿真及实车调试运行,验证了本文的方向及速度控制算法的可靠性。结果表明:本课题设计的智能小车及其控制算法不但具有运行性能良好,可靠性高的特点,实现了自动寻迹功能,为后续的研究工作提供了一定的基础。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 选题背景  8-9
  1.2 课题研究的目的和意义  9-10
  1.3 课题研究的国内外现状  10-13
  1.4 智能小车的关键技术  13-14
    1.4.1 机械结构  13-14
    1.4.2 定位与导航  14
    1.4.3 智能技术  14
  1.5 本课题主要研究内容  14-16
第2章 智能小车运动系统的硬件系统的设计  16-30
  2.1 智能小车总体描述  16
  2.2 中央处理单元MC9S12DG128单片机简介  16-17
  2.3 电源模块设计  17-19
  2.4 寻迹传感器模块设计  19-22
    2.4.1 寻迹传感器的选型  19-20
    2.4.2 寻迹传感器的硬件设计  20-22
  2.5 车速测量模块设计  22-23
  2.6 电机驱动模块设计  23-26
    2.6.1 RS-380SH型直流电机  23-24
    2.6.2 驱动电路  24-26
  2.7 舵机  26-29
    2.7.1 舵机的工作原理  26-27
    2.7.2 舵机的控制  27-29
  2.8 本章小结  29-30
第3章 智能小车路径识别算法的研究  30-38
  3.1 智能小车路径识别算法的概述  30-31
  3.2 红外传感器布局对路径识别的影响  31-33
    3.2.1 布局相关参数  31-32
    3.2.2 一字型与八字型布局研究  32-33
  3.3 算法详解  33-37
    3.3.1 传感器特性测定  33-35
    3.3.2 路径识别算法  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 智能小车运动控制系统的软件设计与实现  38-51
  4.1 开发环境、开发工具的介绍  38-41
    4.1.1 Code Warriorr4.6集成开发环境介绍  38-40
    4.1.2 BDM调试工具的使用  40-41
  4.2 系统设计  41-44
    4.2.1 时钟模块的初始化设计  41-42
    4.2.2 PWM模块的初始化设计  42-43
    4.2.3 ECT模块的初始化设计  43-44
    4.2.4 A/D模块的初始化设计  44
  4.3 车体控制算法  44-50
    4.3.1 PID控制算法  44-46
    4.3.2 驱动电机的PID控制  46-49
    4.3.3 转向电机的控制  49-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章 仿真与实验结果分析  51-55
  5.1 仿真软件介绍  51-52
  5.2 编写控制算法文件  52
  5.3 仿真结果及说明  52-53
  5.4 实车试验结果  53-54
  5.5 本章小结  54-55
第6章 结论与展望  55-57
参考文献  57-60
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  60-61
致谢  61-62
附录1 确定传感器最大最小值的程序  62-66
附录2 智能小车外型图  66

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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 > 智能机器人
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