110KV变电站巡检机器人可移动平台控制系统研究与设计

发布时间：2017-09-07 12:10

  本文关键词：110KV变电站巡检机器人可移动平台控制系统研究与设计

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【摘要】：随着国家对电网的大力改造,国内电站引入了更多的电力相关设备,使得电站的运行环境更加复杂,这就大大增加了电站巡检人员的工作量和工作难度,特别是在雷雨、大风天气的时候,电站巡检人员的巡检工作会变得非常危险,甚至会威胁到他们的生命安全。变电站巡检机器人的出现,就是用来代替人工工作,利用其机载设备对变电站的各个设备进行实时监测,这大大的提高了及时解决问题的可能性,降低了电站工作人员的工作难度和危险程度,是今后电站巡检工作的一个发展趋势。文章主要对巡检机器人的移动平台进行分析和设计,并且实现移动平台在巡检过程中的定点检测。主要研究内容包括:(1)移动平台运动控制算法研究。根据机器人移动平台的运动特性,对其进行数学模型分析,推导出移动平台在直行和转弯时两个驱动电机的关系,为机器人移动平台的控制算法提供依据。(2)设计机器人移动平台的硬件系统。硬件系统包括系统控制核心、循迹模块、超声波测距模块、电源模块、液晶显示模块、电池充电模块。系统的控制核心采用MC9S12XS128作为主控芯片,并基于此芯片设计出单片机最小系统;循迹模块采用的是磁传感器和磁导线相结合的方式,完成机器人移动平台按预定轨迹运行的要求;超声波避障模块用来解决机器人在运行中遇见障碍物的问题;液晶显示屏来显示机器人当前的运行情况,使工作人员更好的掌握机器人的运行状况。(3)机器人移动平台直线运行算法研究。当机器人移动平台在直线运行时,由于电机的响应不同,在直线部分会出现走折线的情况,因此需要合适的算法来协调两个电机的运转,使之走直线。本文对驱动电机采用增量PID的控制算法,首先通过SIMULINK建立仿真模型,采用衰减曲线法获得PID中的3个参数,然后进行仿真,通过对比驱动电机加增量PID后的响应曲线和没有加增量PID的响应曲线,得出增量PID能很好的提高电机的响应速度。(4)进行运动算法的程序编写。基于C语言编写各部分相应的算法程序,实现对巡检机器人移动平台的精准控制,满足运行要求。
【关键词】：变电站巡检机器人 MC9S12XS128 循迹 增量PID 衰减法
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM63
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题研究的背景和意义8
• 1.2 国外研究现状8-9
• 1.3 国内研究现状9-10
• 1.4 巡检机器人的发展趋势10
• 1.5 本文主要的研究工作10-12
• 第2章 移动平台的数学模型及运动分析12-25
• 2.1 引言12
• 2.2 巡检机器人移动平台的设计12-16
• 2.2.1 方案的选择12-14
• 2.2.2 硬件的选择14-16
• 2.3 移动平台数学模型分析16-19
• 2.3.1 巡检机器人移动平台运动分析16-18
• 2.3.2 基于转矩的运动分析18-19
• 2.4 移动平台的航位计算19-21
• 2.5 平台的运动控制方法21-24
• 2.5.1 移动平台的直线运动22
• 2.5.2 移动平台的曲线行走22-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第3章 机器人的运动控制系统硬件设计25-51
• 3.1 引言25
• 3.2 控制芯片的选择及MC9S12XS128介绍25-30
• 3.3 电源模块30-33
• 3.3.1 电池选择与电压转换模块30-32
• 3.3.2 铅酸蓄电池的充电器电路设计32-33
• 3.4 电机驱动模块33-35
• 3.5 避障模块设计35-41
• 3.5.1 HY-SRF05简介36-37
• 3.5.2 超声波误差补偿37-40
• 3.5.3 避障模块电路设计40-41
• 3.6 显示模块设计41-43
• 3.7 测速模块43-44
• 3.7.1 车速测量的必要性43-44
• 3.7.2 编码器上齿轮的选择44
• 3.8 导航方式的选择44-47
• 3.8.1 导航方式简介44-45
• 3.8.2 磁传感器及其结构布置45-47
• 3.9 定位方式的选择47-50
• 3.9.1 定位方法介绍47-48
• 3.9.2 RFID系统的基本组成48-49
• 3.9.3 RFID系统分类49
• 3.9.4 标签的布置49-50
• 3.10 本章小结50-51
• 第4章 移动平台驱动系统的分析及仿真51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 系统数学建模及仿真51-53
• 4.2.1 电机数学模型的建立51-52
• 4.2.2 直流电机数学模型的建立52-53
• 4.3 电机的反馈控制算法53-59
• 4.3.1 电机控制算法的引入53-54
• 4.3.2 PID算法简介54-57
• 4.3.3 PID参数的整定57-59
• 4.4 差速驱动模型仿真59-62
• 4.4.1 未加PID控制双电机仿真59-61
• 4.4.2 增加PID后双电机仿真61-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 控制系统软件设计63-80
• 5.1 引言63
• 5.2 巡检平台相关算法63-68
• 5.2.1 循迹模块算法分析63-67
• 5.2.2 超声波避障模块算法分析67-68
• 5.3 控制系统软件设计68-79
• 5.3.1 移动平台总体控制系统软件结构68-69
• 5.3.2 循迹模块软件结构及调试结果69-72
• 5.3.3 避障模块软件结构及调试结果72-77
• 5.3.4 速度PID模块软件结构77-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 结论与展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 附录85-90

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本文编号：809454