消防机器人无刷直流电机驱动系统的仿真与设计

发布时间：2017-10-29 13:26

  本文关键词：消防机器人无刷直流电机驱动系统的仿真与设计

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【摘要】：消防机器人在火灾现场可有效实施灭火救援、火场侦察和气体检验,是消防队员的得力助手。本文针对消防机器人直流电机驱动的低速大转矩要求,对该直流电机驱动系统进行设计与仿真研究。主要内容如下：1.阐述国内外消防机器人的最新发展现状,分析现有机器人用驱动电机系统的特点和不足。2.介绍消防机器人的基本结构组成以及采用的行走方式,分别分析消防机器人的驱动功率及其越障、爬坡、爬楼梯等行走特点。针对消防机器人驱动电机的低速大转矩特性,结合无刷直流电机的机械特性和转矩／转速特性,确定无刷直流电机驱动方案并选型。3.简述无刷直流电机的基本结构、工作原理以及数学模型,设计模糊自适应PID控制器,在MATLAB/Simulink仿真环境下给出无刷直流电机的双闭环控制仿真模型,并对仿真结果做详细的分析。结果表明模糊自适应PID算法下的双闭环无刷直流电机模型具有阶跃响应速度较快、超调小、动静态性能较好的特点。4.设计无刷直流电机的硬件系统和软件系统。硬件系统包括由主控电路、检测反馈电路、故障保护电路和驱动电路。软件部分包括系统主程序和服务中断子程序。最后对整个系统进行调试,给出实验结果,表明设计的直流电机伺服驱动系统具有低速大转矩特性,并可使机器人顺利完成爬坡、越障、爬楼梯等功能。
【关键词】：履带式底座 消防机器人 无刷直流电机 模糊自适应PID 建模仿真
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33;TP242
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 消防机器人国内外发展现状9-13
• 1.2.1 国外现状9-11
• 1.2.2 国内现状11-13
• 1.3 机器人用电机驱动系统概况13-14
• 1.4 课题研究的主要工作及结构安排14-15
• 第二章 消防机器人行走特点分析15-26
• 2.1 消防机器人的系统构成15-16
• 2.2 履带式机器人驱动功率分析16-23
• 2.2.1 爬坡能力分析21-22
• 2.2.2 越障能力分析22
• 2.2.3 爬楼梯能力分析22-23
• 2.3 无刷直流电机的运行特性23-25
• 2.3.1 机械特性23-24
• 2.3.2 转矩/转速特性24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 无刷直流电机控制系统的建模仿真26-44
• 3.1 无刷直流电机的结构、原理及数学模型26-29
• 3.1.1 无刷直流电机基本结构26-27
• 3.1.2 无刷直流电机工作原理27-28
• 3.1.3 无刷直流电机数学模型28-29
• 3.2 模糊自适应PID控制器的设计29-35
• 3.2.1 模糊自适应PID控制器29-32
• 3.2.2 各变量隶属度函数的确定32-33
• 3.2.3 建立模糊规则表33-35
• 3.2.4 模糊自适应PID仿真框图35
• 3.3 无刷直流电机控制系统模型建立35-41
• 3.4 仿真结果与分析41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 无刷直流电机控制系统设计44-56
• 4.1 硬件系统设计44-50
• 4.1.1 控制电路硬件设计44-46
• 4.1.2 检测电路设计46-48
• 4.1.3 转向电路设计48
• 4.1.4 保护电路设计48-49
• 4.1.5 驱动电路设计49-50
• 4.2 软件系统设计50-54
• 4.2.1 系统软件结构设计50-51
• 4.2.2 主程序模块设计51-52
• 4.2.3 中断子程序模块设计52-54
• 4.3 硬件实物简介54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 实验结果及分析56-62
• 5.1 系统调试56-61
• 5.1.1 相电压及线电压测试56-57
• 5.1.2 相电流测试57-60
• 5.1.3 霍尔信号测试60-61
• 5.2 转矩/转速验证61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-64
• 参考文献64-67
• 附录67-71
• 图表目录71-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间的主要学术成果75

【参考文献】

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本文编号：1113190