基于FIS和DSP的足球机器人控制系统的研究

论文摘要

足球机器人作为移动机器人家族的一个特殊成员,集成了控制理论、神经网络、通信、计算机、数字信号处理、机械机构学和人工生命等多个高科技领域,其系统可分为视觉、决策、通信和控制四个子系统。其中,控制子系统是各个子系统得以正常工作的基础平台,决定了整个系统的基本性能。本文以足球机器人控制系统为研究对象,主要内容如下:(1)对BLDC电动机控制器的设计与研究;(2)基于FIS的模糊PID控制器的设计与仿真分析;(3)基于DSP的足球机器人控制系统硬件设计;(4)基于DSP的足球机器人控制系统软件设计;本文以具备常用探测手段的足球机器人控制子系统为研究对象。首先,针对其执行单元的运动特性,本文使用TI公司的TMS320F2812型号DSP作为控制器核心,设计了三相无刷直流电动机(BLDC Motor)的底层控制电路和驱动电路,实现了控制器对电动机的双闭环控制。然后,通过对不同的控制方式的比较,本文采用MATLAB /Simulink的FIS(Fuzzy Inference System,模糊推理系统)作为研究方法,设计了一个模糊PID控制器。经仿真分析表明,比起原来传统的控制方法,此设计能获得更优良的运动能力和控制特性。最后,本文引入了带温度补偿的超声波测距模块作为足球机器人的探测手段,基于DSP F2812设计了足球机器人控制系统硬件,基于CCS3设计了足球机器人控制系统的软件。该控制系统能改善足球机器人的测控功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 机器人简介
• 1.1.1 足球机器人的出现和发展
• 1.1.2 足球机器人系统组成
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究现状和发展趋势
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 发展趋势与展望
• 1.4 论文的主要内容
• 2 三相无刷直流电动机的控制系统设计
• 2.1 直流电动机控制
• 2.2 三相无刷直流电动机的控制原理
• 2.2.1 无刷直流电动机的工作原理
• 2.2.2 三相无刷直流电动机星形联结全桥的驱动原理
• 2.3 BLDCM 控制系统的设计
• 3 基于FIS 的模糊PID 控制器设计与仿真分析
• 3.1 PID 控制
• 3.1.1 PID 控制基础
• 3.1.2 数字PID 控制算法
• 3.1.3 传统PID 控制算法的实现及参数整定
• 3.2 模糊PID 控制
• 3.2.1 模糊控制理论
• 3.2.2 MATLAB/Simulink 简介
• 3.3 基于FIS 的模糊PID 控制器的设计
• 3.4 模糊PID 控制器的仿真分析
• 3.5 模糊PID 控制算法的实现
• 4 基于TMS320F2812 的足球机器人控制系统的硬件设计
• 4.1 TMS320F2812 的应用与特点
• 4.2 控制系统的硬件设计
• 4.2.1 探测子系统硬件设计
• 4.2.2 控制子系统硬件设计
• 4.2.3 其他子系统硬件设计
• 4.3 本章小结
• 5 基于F2812 的足球机器人控制系统的软件设计
• 5.1 CCS 简介
• 5.2 控制系统的软件设计
• 5.2.1 主程序
• 5.2.2 带温度补偿的超声波测距
• 5.2.3 BLDC 电动机运行
• 5.2.4 相位检测
• 5.2.5 电流检测
• 5.2.6 模糊PID 控制算法
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 足球机器人测控系统硬件电路原理图
• 附录B F2812 内存地址映射链接表“SRAM.CMD”
• 附录C 中断向量表头文件
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢