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《基于FPGA的變電站巡檢機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號(hào)密級(jí)0基于FPGA的變電站巡檢機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究生姓名：廖雯指導(dǎo)教師姓名、職稱：譚會(huì)生教授學(xué)科專業(yè)：電氣工程研究方向：復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的信息集成和協(xié)調(diào)控制湖南工業(yè)大學(xué)二〇一八年六月十日摘要變電站巡檢機(jī)器人可降低運(yùn)行人員工作的強(qiáng)度，提高巡檢工作的質(zhì)量，減少人工巡檢的漏檢隱患，提高巡檢工作的效率。因此研究和開發(fā)變電站巡檢機(jī)器人，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。當(dāng)前變電站機(jī)器人發(fā)展的主要技術(shù)難題有行駛控制算法、路徑規(guī)劃和傳感器技術(shù)等。本課題以變電站巡檢機(jī)器人的研究為對(duì)象，以設(shè)計(jì)開發(fā)一種基于FPGA變電站巡檢機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為目標(biāo)，圍繞運(yùn)動(dòng)控制算法、智能快速尋跡算法和運(yùn)動(dòng)
2、控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了比較深入的研究，主要工作和結(jié)論如下：針對(duì)機(jī)器人轉(zhuǎn)向問題，提出了采用基于模糊PID的參數(shù)自整定電子差速控制策略。在MATLAB/Simulink中搭建了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的仿真模型并進(jìn)行了仿真研究，設(shè)計(jì)了一種基于模糊PID的改進(jìn)型電子差速轉(zhuǎn)向控制器，仿真結(jié)果表明，該轉(zhuǎn)向控制器，可降低機(jī)器人轉(zhuǎn)向過程中的震動(dòng)，減少轉(zhuǎn)向過程中的不穩(wěn)定因素。針對(duì)巡檢機(jī)器人的自主行走，提出了一種Dijkstra與蟻群算法的融合路徑規(guī)劃算法，利用改進(jìn)的可視圖法對(duì)機(jī)器人的循跡環(huán)境重新劃分，應(yīng)用Dijkstra算法首先進(jìn)行一次加速循跡，在此結(jié)果上再利用蟻群算法進(jìn)行二次加速精確循跡，既快速又準(zhǔn)確
3、的得到了全局最優(yōu)路徑，并在Matlab中對(duì)融合算法進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果驗(yàn)證融合路徑規(guī)劃算法的快速性與準(zhǔn)確性。為了提高智能循跡的實(shí)時(shí)性，提出了一種用FPGA實(shí)現(xiàn)蟻群算法的方法。詳細(xì)地介紹了蟻群算法實(shí)現(xiàn)的總體結(jié)構(gòu)和各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思想，編寫了各種VHDL程序及測試平臺(tái)，并利用QuartusII13.0軟件調(diào)用Modelsim對(duì)蟻群算法實(shí)現(xiàn)的各個(gè)VHDL程序進(jìn)行了硬件仿真，仿真結(jié)果表明，各VHDL程序模塊功能正確，實(shí)現(xiàn)了蟻群算法的FPGA硬件設(shè)計(jì)。為了研發(fā)一個(gè)完整的巡檢機(jī)器人，進(jìn)行了基于ARM的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)與制作，搭建了巡檢機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包含F(xiàn)PGA
4、+ARM運(yùn)動(dòng)控制硬件平臺(tái)的搭建與基于Linux樹莓派板卡的無線通信機(jī)制的構(gòu)建，同時(shí)設(shè)計(jì)了上位機(jī)測試軟件，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)。關(guān)鍵字：變電站巡檢機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)控制；電子差速；蟻群算法；FPGAIABSRTACTSubstationinspectionrobotscanreducetheintensityofoperationpersonnel,improvethequalityofinspectionwork,reducethehiddendangerofmanualinspection,andimprovetheefficiencyofinspectionwork.There
5、fore,researchanddevelopmentofsubstationinspectionrobotshaveimportantsocialandeconomicsignificance.Themaintechnicalproblemsinthedevelopmentofsubstationrobotsincluderunningcontrolalgorithms,pathplanning,andsensortechnologies.Thissubjecttakestheresearchofpatrolrobotsinsubstationsastheobject,an
6、ddesignsanddevelopsapatrolrobotmotioncontrolsystembasedonFPGAsubstationasthegoal,andcomparesthemotioncontrolalgorithm,theintelligentfasttracingalgorithmandthehardwareimplementationofthemotioncontrolsystem.In-depthresearch,majorworkandconclusionsareasfollows:Fortherobotsteeringproblem,aself-
7、tuningelectronicdifferentialcontrolstrategybasedonfuzzyPIDisproposed.ThesimulationmodelofthedrivemotorwasbuiltinMATLAB/Simulinkandasimulationstudywasconducted.AnimprovedelectronicdifferentialsteeringcontrollerbasedonfuzzyPIDwasdesigned.Simulationresultss
