基于ARM的云模型智能控制器的设计及其实现

论文摘要

在实际控制系统时，常常会碰到一些系统需要大量的实验和不断尝试才能达到很好的控制效果。这种控制方式带有大量的主观性，同时这些系统很难用具体的数学模型来描述。对它们的控制方法是从人的生活经验中得到的，而经典控制理论则无能为力。因此如何设计行之有效的定性与定量的转换模型（控制器）就成为摆在专家学者面前的重要课题。云模型是一种新兴的用于模拟人类思维中存在的不确定性智能的转换模型。自从上个90年代李德毅教授提出云模型理论并成功的运用云模型推理方法实现了对三级倒立摆各类平衡姿态的动态转换。云模型理论得到了迅速发展，目前云模型在各个领域已取得可喜的研究成果。该理论从提出至今,主要以理论研究和仿真实验为主。如何运用云模型理论实现对系统的控制已经成为云模型理论研究的重点。针对以上云模型发展状况，本文考虑使用嵌入式ARM来实现云模型智能控制。首先从云模型基本控制理论出发，研究学习了基于规则发生器的云模型不确定性推理算法和云模型系统的通用逼近性理论，基于研华A1000平台设计了云模型水位控制系统，验证了云模型逼近性理论。对基于ARM的云模型控制器算法实现的相关技术进行了研究与分析，主要是通用控制器的设计；接着使用S3C2440ARM平台对云模型不确定性推理算法进行了实现与验证。然后基于云模型理论、云模型控制器的设计方法和ARM平台设计了履带机器人巡航系统和轮式机器人复杂环境避障系统。最后，对全文所做的工作进行了总结并提出了下一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 智能控制概述
• 1.3 云模型理论概述
• 1.3.1 云模型理论的建立
• 1.3.2 云模型研究现状
• 1.4 ARM 处理器介绍
• 1.4.1 ARM 的概念
• 1.4.2 ARM 体系架构的版本
• 1.5 论文内容与结构
• 第2章 云模型
• 2.1 引言
• 2.2 云模型概念
• 2.2.1 云模型的基本定义
• 2.2.2 云模型的数字特征
• 2.2.3 云滴的贡献
• 2.3 云模型发生器
• 2.3.1 正向云模型发生器
• 2.3.2 逆向云模型发生器
• 2.3.3 条件云模型发生器
• 2.4 云模型不确定性推理
• 2.4.1 单规则推理
• 2.4.2 多规则推理
• 2.5 一维云模型系统的逼近性
• 2.5.1 云模型系统
• 2.5.2 云模型系统的逼近性
• 2.5.3 仿真实例
• 2.6 小结
• 第3章 云模型控制系统的研究与实现
• 3.1 引言
• 3.2 控制系统硬件平台介绍
• 3.2.1 A1000 实验平台介绍
• 3.2.2 ADAM-6024 模块
• 3.3 水箱水位自动调节系统结构设计
• 3.4 系统软件设计
• 3.4.1 组态王界面设计
• 3.4.2 MATlab 与组态王通讯程序设计
• 3.4.3 水位云模型控制器的设计
• 3.5 系统运行结果分析
• 3.6 小结
• 第4章 基于 ARM 的云模型控制器的硬件实现
• 4.1 引言
• 4.2 s3c2440 的性能及开发环境介绍
• 4.2.1 s3c2440 的性能简介
• 4.2.2 s3c2440 的开发环境
• 4.3 s3c2440 系统板的设计
• 4.3.1 系统整体设计及思想
• 4.3.2 电源和复位电路的设计
• 4.3.3 时钟电路
• 4.3.4 JTAG 电路
• 4.3.5 串口电路
• 4.3.6 USB 接口设计
• 4.3.7 超声波和电机接口设计
• 4.4 基于 S3C2440 的云模型控制器的硬件实现
• 4.5 小结
• 第5章 基于 ARM 的云模型控制系统设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 轮式机器人硬件系统介绍
• 5.2.1 轮式机器人
• 5.2.2 超声波传感器
• 5.2.3 电机控制模块介绍
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 电机控制
• 5.3.2 超声波测距设计
• 5.4 避障策略设计
• 5.4.1 障碍物信息分类
• 5.4.2 避障行为设计
• 5.5 云模型避障控制
• 5.5.1 云模型控制器整体设计思路
• 5.5.2 输入输出云化
• 5.5.3 推理规则建立
• 5.6 云模型控制器控制实验
• 5.6.1 履带机器人跑道巡航实验
• 5.6.2 轮式机器人复杂环境避障控制实验
• 5.6.3 实验结果分析
• 5.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要