基于模糊控制的星球探测器驱动系统避障研究

论文摘要

星球探测器的研制是一项复杂的系统工程,它涉及到众多领域的技术。星球探测器驱动系统的避障技术是其中的重要技术之一。本文的内容是对这一重要技术进行初步探索。本文在总结了星球探测器驱动系统的发展基础上,选择了轮式驱动系统,采用差速方式实现车体转向。根据探测器的技术指标为驱动系统选择了maxon驱动电机、减速器和电机控制器,选择PC104嵌入式计算机为避障系统构建了硬件控制平台,设计了驱动系统的电源系统。为使驱动系统能够在未知环境下获取环境信息以及实现在地面上测试避障的要求,设计了基于DSP TMS320F2812的多路超声波采集距离模块硬件电路和软件,并采用了“基于相对误差的最小二乘法”来提高采集到的距离数据的精度。将行为控制观点融入模糊控制方法中,设计了驱动系统在未知环境下的避障算法。算法设计了避障行为、趋向目标点行为等探测器驱动系统避障过程的基本行为;提出了行为仲裁和行为融合的方法来处理避障过程中的行为决策问题;并在Matlab的环境下分析了所设计的算法的有效性。为进一步验证避障算法,本文开发了基于Visual C++和Matlab混合编程思想的在未知环境下的避障仿真平台。在分析驱动系统运动学的基础上,提出了驱动系统的简化模型,设计了驱动系统稳定性测试平台,测试了驱动系统的稳定性和灵活性。最后在有障碍物的环境下,进行驱动系统自主避障试验。所得试验结果与仿真避障过程相吻合,由此验证了所设计的驱动系统的避障算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.2.1 选题的背景
• 1.2.2 选题的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 驱动系统国外研究现状
• 1.3.2 驱动系统国内研究现状
• 1.4 避障技术国内外发展现状
• 1.5 论文的结构安排
• 第二章 探测器驱动系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 探测器控制系统
• 2.2.1 关于控制器分类
• 2.2.2 探测器控制系统
• 2.3 探测器驱动动力计算
• 2.3.1 驱动动力性能需要分析
• 2.3.2 动力计算
• 2.4 驱动控制器测试
• 2.4.1 驱动器性能分析
• 2.4.2 电机调速PI 参数整定
• 2.5 探测器电源系统设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 探测器驱动系统环境信息获取
• 3.1 引言
• 3.2 避障传感器的选取
• 3.3 超声波测距原理
• 3.4 测距模块硬件设计
• 3.4.1 控制器选取
• 3.4.2 超声波发射接收电路
• 3.4.3 DSP 控制电路
• 3.5 测距模块软件设计
• 3.5.1 采集数据流程
• 3.5.2 采集数据后处理
• 3.6 本章小结
• 第四章 探测器驱动系统避障仿真
• 4.1 引言
• 4.2 模糊控制基本原理
• 4.2.1 一般模糊控制的基本结构
• 4.2.2 模糊推理系统设计
• 4.3 控制结构选择
• 4.3.1 行为控制的体系结构
• 4.3.2 行为控制的决策方法
• 4.4 避障算法设计
• 4.4.1 坐标系建立
• 4.4.2 算法设计
• 4.5 仿真结果分析
• 4.5.1 基本行为仿真
• 4.5.2 行为决策仿真
• 4.6 避障仿真平台
• 4.6.1 交换数据方法
• 4.6.2 接口编译环境设置
• 4.6.3 避障平台说明
• 4.7 本章小结
• 第五章 探测器驱动系统避障控制试验
• 5.1 引言
• 5.2 探测器驱动系统运动学分析
• 5.3 探测器驱动系统行走稳定性分析
• 5.4 探测器驱动系统避障试验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间参与的科研工作及研究成果