智能割草机的驱动控制研究
发布时间：2021-04-06 17:38
智能割草机作为传统割草机的替代品,可以避免复杂且枯燥的人工割草作业过程,正受到越来越多欧美家庭的青睐。为进一步改善智能割草机的割草效果,提高对规划运动方向的跟随性能,本文将围绕驱动轮电机速度控制、航向角精确检测以及双轮差速驱动控制器设计等系统组成部分对智能割草机驱动控制展开研究。首先,针对智能割草机因运动地形复杂导致的驱动轮电机负载扰动大,以及因运动模式多变造成的驱动轮电机转速变化频繁等特点,提出具有较高动稳态性能的基于无模型自适应控制策略的无刷直流电机转速控制器,而且对其中的伪梯度参数估计方法进行优化以进一步加快该转速控制器的动态响应速度;并对智能割草机行进时的驱动轮动力学模型进行分析,结合电机控制系统,提出基于电机电流和转速观测的障碍物检测方法,该方法不需要增设外部传感器,低成本和高可靠性使其具有良好的实际应用前景。其次,建立了智能割草机的运动学模型,分析了驱动轮转速对运动跟随误差的影响;并针对陀螺仪在航向角检测时由于零点漂移而造成的累积误差,提出结合电子罗盘的测量数据进行互补滤波零漂校正,再根据四元数角度解算理论及卡尔曼融合滤波理论解算出精确的角度量,为实现智能割草机双轮差速控制...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 智能割草机驱动控制研究综述
1.2.1 智能化割草功能概述
1.2.2 智能割草机驱动控制的研究现状
1.2.3 智能割草机驱动控制的研究重点
1.3 本文研究内容概述
第2章 智能割草机驱动轮电机控制
2.1 无刷直流电机的矢量控制
2.1.1 无刷直流电机的数学模型
2.1.2 无刷直流电机矢量控制策略
2.2 基于无模型自适应控制的速度控制器设计
2.2.1 无模型自适应控制器设计
2.2.2 无模型自适应控制器的收敛性和稳定性证明
2.2.3 无模型自适应控制器的性能分析及改进
2.2.4 仿真结果及分析
2.3 复杂地形下智能割草机障碍物检测
2.3.1 智能割草机障碍物检测原理
2.3.2 多段式地形自适应的智能割草机障碍物检测方案设计
2.4 本章小结
第3章 智能割草机双轮差速驱动控制
3.1 智能割草机的运动学模型
3.1.1 智能割草机运动学建模
3.1.2 智能割草机运动方向跟随误差分析
3.2 具有陀螺仪零偏校正的智能割草机航向角检测
3.2.1 惯性测量元件分析及数据融合
3.2.2 四元数角度解算理论
3.2.3 基于陀螺仪互补滤波零偏校正的航向角解算
3.3 双轮差速模糊PD控制
3.3.1 模糊控制理论
3.3.2 模糊PD控制器设计
3.3.3 仿真结果及分析
3.4 本章小结
第4章 智能割草机驱动控制系统的实现
4.1 智能割草机驱动控制系统的硬件实现
4.1.1 MCU主控电路
4.1.2 角度检测电路
4.1.3 驱动轮无刷直流电机
4.1.4 功率电路及驱动电路
4.1.5 电流采样电路
4.2 智能割草机驱动控制系统的软件实现
4.3 实验结果与分析
4.3.1 基于MFAC的无刷直流电机控制实验
4.3.2 角度解算实验
4.3.3 双轮差速驱动控制实验
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 本文研究内容总结
5.2 后续研究工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型预测控制的轮式移动机器人轨迹规划[J]. 尤波,王明睿,李智,丁亮. 系统仿真学报. 2020(04)
[2]一种小型智能割草机器人的设计与实现[J]. 高飞,丁学明,李键. 电子科技. 2018(04)
[3]微电子机械MEMS陀螺仪的原理和测试方法研究[J]. 钱鸣镝. 集成电路应用. 2017(05)
[4]基于Lyapunov直接法的移动机器人运动控制研究[J]. 李平,王建锋,李娜,惠珂. 中国科技论文. 2016(02)
[5]MEMS陀螺仪技术简介[J]. Jay Esfandyari,Roberto De Nuccio,Gang Xu. 电子与电脑. 2011(04)
[6]MEMS陀螺误差建模与滤波方法[J]. 蒙涛,王昊,李辉,贺光红,金仲和. 系统工程与电子技术. 2009(08)
[7]捷联惯导系统姿态算法比较[J]. 孙丽,秦永元. 中国惯性技术学报. 2006(03)
[8]微机械陀螺零位误差的研究[J]. 潘金艳,朱长纯,樊建民. 西安交通大学学报. 2006(04)
[9]永磁同步电机伺服系统中电机启动过程分析[J]. 陈荣,邓智泉,严仰光. 西南交通大学学报. 2004(02)
[10]基于DSP的SVPWM的研究[J]. 赵镜红,张俊洪,杨涛. 电机与控制学报. 2002(02)
博士论文
[1]轮式机器人的移动系统建模及基于模型学习的跟踪控制研究[D]. 宋兴国.哈尔滨工业大学 2015
[2]四轮驱动电动汽车永磁无刷轮毂电机驱动系统控制研究[D]. 卢东斌.清华大学 2012
[3]无模型学习自适应控制的若干问题研究及其应用[D]. 金尚泰.北京交通大学 2008
[4]智能割草机器人全区域覆盖运行的控制和动力学特性研究[D]. 祖莉.南京理工大学 2005
[5]永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的控制策略研究[D]. 邱建琪.浙江大学 2002
硕士论文
[1]基于IMU与DGPS的智能割草机系统研究[D]. 张祥.南京航空航天大学 2019
[2]单相—三相无电解电容逆变器永磁同步电机控制系统研究[D]. 卢春宏.浙江大学 2019
[3]具有无信标边界识别功能的智能割草机控制系统研制[D]. 张晓春.东南大学 2018
[4]松软地面两轮驱动机器人系统建模及运动控制研究[D]. 黄澜.哈尔滨工业大学 2018
[5]具有差分GPS定位功能的智能割草机控制系统研制[D]. 吴瀛东.东南大学 2018
[6]永磁同步电机弱磁区电流波动抑制策略研究[D]. 徐源.浙江大学 2018
[7]四轴飞行器控制系统设计及其姿态解算和控制算法研究[D]. 何瑜.电子科技大学 2015
[8]自主型草地修整机器人的设计与研究[D]. 刘宁发.扬州大学 2015
[9]全自动割草机器人的智能控制技术研究[D]. 杜慧江.浙江理工大学 2015
[10]自平衡载人电动独轮车的控制系统研究[D]. 申晓峰.浙江大学 2015
本文编号：3121841
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 智能割草机驱动控制研究综述
1.2.1 智能化割草功能概述
1.2.2 智能割草机驱动控制的研究现状
1.2.3 智能割草机驱动控制的研究重点
1.3 本文研究内容概述
第2章 智能割草机驱动轮电机控制
2.1 无刷直流电机的矢量控制
2.1.1 无刷直流电机的数学模型
2.1.2 无刷直流电机矢量控制策略
2.2 基于无模型自适应控制的速度控制器设计
2.2.1 无模型自适应控制器设计
2.2.2 无模型自适应控制器的收敛性和稳定性证明
2.2.3 无模型自适应控制器的性能分析及改进
2.2.4 仿真结果及分析
2.3 复杂地形下智能割草机障碍物检测
2.3.1 智能割草机障碍物检测原理
2.3.2 多段式地形自适应的智能割草机障碍物检测方案设计
2.4 本章小结
第3章 智能割草机双轮差速驱动控制
3.1 智能割草机的运动学模型
3.1.1 智能割草机运动学建模
3.1.2 智能割草机运动方向跟随误差分析
3.2 具有陀螺仪零偏校正的智能割草机航向角检测
3.2.1 惯性测量元件分析及数据融合
3.2.2 四元数角度解算理论
3.2.3 基于陀螺仪互补滤波零偏校正的航向角解算
3.3 双轮差速模糊PD控制
3.3.1 模糊控制理论
3.3.2 模糊PD控制器设计
3.3.3 仿真结果及分析
3.4 本章小结
第4章 智能割草机驱动控制系统的实现
4.1 智能割草机驱动控制系统的硬件实现
4.1.1 MCU主控电路
4.1.2 角度检测电路
4.1.3 驱动轮无刷直流电机
4.1.4 功率电路及驱动电路
4.1.5 电流采样电路
4.2 智能割草机驱动控制系统的软件实现
4.3 实验结果与分析
4.3.1 基于MFAC的无刷直流电机控制实验
4.3.2 角度解算实验
4.3.3 双轮差速驱动控制实验
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 本文研究内容总结
5.2 后续研究工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型预测控制的轮式移动机器人轨迹规划[J]. 尤波,王明睿,李智,丁亮. 系统仿真学报. 2020(04)
[2]一种小型智能割草机器人的设计与实现[J]. 高飞,丁学明,李键. 电子科技. 2018(04)
[3]微电子机械MEMS陀螺仪的原理和测试方法研究[J]. 钱鸣镝. 集成电路应用. 2017(05)
[4]基于Lyapunov直接法的移动机器人运动控制研究[J]. 李平,王建锋,李娜,惠珂. 中国科技论文. 2016(02)
[5]MEMS陀螺仪技术简介[J]. Jay Esfandyari,Roberto De Nuccio,Gang Xu. 电子与电脑. 2011(04)
[6]MEMS陀螺误差建模与滤波方法[J]. 蒙涛,王昊,李辉,贺光红,金仲和. 系统工程与电子技术. 2009(08)
[7]捷联惯导系统姿态算法比较[J]. 孙丽,秦永元. 中国惯性技术学报. 2006(03)
[8]微机械陀螺零位误差的研究[J]. 潘金艳,朱长纯,樊建民. 西安交通大学学报. 2006(04)
[9]永磁同步电机伺服系统中电机启动过程分析[J]. 陈荣,邓智泉,严仰光. 西南交通大学学报. 2004(02)
[10]基于DSP的SVPWM的研究[J]. 赵镜红,张俊洪,杨涛. 电机与控制学报. 2002(02)
博士论文
[1]轮式机器人的移动系统建模及基于模型学习的跟踪控制研究[D]. 宋兴国.哈尔滨工业大学 2015
[2]四轮驱动电动汽车永磁无刷轮毂电机驱动系统控制研究[D]. 卢东斌.清华大学 2012
[3]无模型学习自适应控制的若干问题研究及其应用[D]. 金尚泰.北京交通大学 2008
[4]智能割草机器人全区域覆盖运行的控制和动力学特性研究[D]. 祖莉.南京理工大学 2005
[5]永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的控制策略研究[D]. 邱建琪.浙江大学 2002
硕士论文
[1]基于IMU与DGPS的智能割草机系统研究[D]. 张祥.南京航空航天大学 2019
[2]单相—三相无电解电容逆变器永磁同步电机控制系统研究[D]. 卢春宏.浙江大学 2019
[3]具有无信标边界识别功能的智能割草机控制系统研制[D]. 张晓春.东南大学 2018
[4]松软地面两轮驱动机器人系统建模及运动控制研究[D]. 黄澜.哈尔滨工业大学 2018
[5]具有差分GPS定位功能的智能割草机控制系统研制[D]. 吴瀛东.东南大学 2018
[6]永磁同步电机弱磁区电流波动抑制策略研究[D]. 徐源.浙江大学 2018
[7]四轴飞行器控制系统设计及其姿态解算和控制算法研究[D]. 何瑜.电子科技大学 2015
[8]自主型草地修整机器人的设计与研究[D]. 刘宁发.扬州大学 2015
[9]全自动割草机器人的智能控制技术研究[D]. 杜慧江.浙江理工大学 2015
[10]自平衡载人电动独轮车的控制系统研究[D]. 申晓峰.浙江大学 2015
本文编号：3121841
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