自动跟随小车控制系统的研究
发布时间：2023-01-09 12:10
随着科技的高速发展,各种智能型机器人产品逐渐投入使用,正在改变人们的生活。“跟随型”机器人是其中的一个重要部分。“自动跟随小车”作为一个特殊产品,在很早就被提出来。国内外有公司已经推出了这方面的产品,其中的跟随定位大都是基于有源定位技术,被跟随目标需要携带一个信号发射装置。这种方式实际应用中存在诸多不便,且产品价格昂贵,暂时不能广泛应用。为了实现自动跟随小车的广泛应用,给人们生活提供便捷。本文提供了一套超声波阵列定位目标和识别障碍物的方法。本文对小车前方可能出现的情况进行归纳分析并给出相应的控制策略,分析了超声波测距中误差产生的原因并给出解决方案。采用FPGA芯片作为小车的控制器,设计了一套完整的控制系统,主要分为主控制单元、检测单元、运动单元三个部分。通过5个超声波检测模块组成检测单元,实现目标和障碍的检测。跟随控制是基于增量式数字PID实现的,将目标与小车的实际距离与设定的距离进行比较,然后通过FPGA实时调整PWM波的占空比来实现跟随控制。小车由安装在前轮上的两个直流电机驱动,转向控制是通过控制两个电机的转速差来实现。此外还包括UART调试模块、语音播报模块及其它辅助模块等设计。...
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
1.1 引言
1.2 国内外发展状况
1.3 课题的研究意义
1.4 论文内容安排
1.5 本章小结
2.系统总体设计与定位方式的选择
2.1 总体设计
2.2 定位方式的分析和选择
2.3 超声波定位算法理论分析
2.3.1 侧向交叉定位(Lateral cross location)原理
2.3.2 三维空间差动超声波定位法
2.3.3 三边测量(Trilateration)定位算法
2.3.4 AOA和 TDOA定位算法
2.4 本章小结
3.检测理论与控制策略
3.1 超声波测量阵列设计与分析
3.1.1 超声检测阵列设计
3.1.2 车前检测区域划分
3.2 车前路况分类及控制策略
3.3 超声波测距误差分析和处理
3.3.1 超声波测距误差分析
3.3.2 超声波测距误差处理
3.4 本章小结
4.小车控制器的FPGA实现
4.1 FPGA项目开发
4.1.1 系统软件开发环境
4.1.2 FPGA开发流程
4.1.3 ModelSim介绍
4.1.4 Signaltap
4.1.5 数字系统设计思想方法
4.2 主控制板的功能分析
4.3 FPGA控制系统顶层设计
4.4 主控单元设计
4.5 超声波检测单元设计
4.5.1 程序设计
4.5.2 超声波检测单元测试
4.6 UART的模块设计
4.7 语音模块的控制
4.8 本章小结
5.运动单元设计
5.1 运动单元控制原理
5.2 PID控制器Verilog HDL实现
5.2.1 PID算法分析
5.2.2 PID的硬件模型
5.3 硬件电路介绍
5.4 PWM发生器设计
5.5 本章小结
6.总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单片机的自动跟随小车[J]. 张伟,王桥,李莉,魏虎,张庆新,姜萍. 物联网技术. 2018(06)
[2]LoRa无线网络技术与应用现状研究[J]. 王鹏,刘志杰,郑欣. 信息通信技术. 2017(05)
[3]车联网基站定位纠偏算法研究[J]. 王明儒,阮详兵. 电信工程技术与标准化. 2017(05)
[4]21世纪最新购物滑轮包长什么样[J]. 杜启荣,凌启渝. 建筑工人. 2017(04)
[5]物料运输小车底盘设计[J]. 李岩,魏佳旭,周栋,刘国腾,刘利,史颖刚. 农业机械. 2017(04)
[6]低功耗广域网络技术综述[J]. 郑宁,杨曦,吴双力. 信息通信技术. 2017(01)
[7]一种可自动跟随手机行走的小车[J]. 肖晓兰,黄海峰,刘利河,陈世光,陈城茂,赖国宾. 机械工程与自动化. 2016(02)
[8]基于改进最小二乘算法的TDOA/AOA定位方法[J]. 闫雷兵,陆音,张业荣. 电波科学学报. 2016(02)
[9]三轮式重力势能小车大角度转弯性能优化[J]. 张春,郑应彬,马永昌. 机械设计. 2014(10)
[10]PID算法的FPGA实现[J]. 徐博,冀威. 电子世界. 2014(09)
硕士论文
[1]基于蝙蝠算法的无线传感网络节点定位研究[D]. 刘春菊.杭州电子科技大学 2016
[2]基于地磁场和RSSI的室内定位算法设计与实现[D]. 王欣.杭州电子科技大学 2014
[3]基于超声波测距的机器人定位与避障[D]. 徐跃.齐鲁工业大学 2013
[4]基于FPGA的无刷直流电机控制系统实现[D]. 倪飞.重庆大学 2013
[5]自动跟随小车控制系统[D]. 刘伟丽.长春理工大学 2013
[6]基于FS8610的网络电子收银秤的设计与实现[D]. 谢应宸.苏州大学 2009
[7]智能小车运动控制技术的研究[D]. 王晶.武汉理工大学 2009
[8]基于蓝牙无线技术的室内定位方法的研究[D]. 王小好.浙江工业大学 2007
[9]基于超声波定位技术的障碍探测系统[D]. 阮一晖.苏州大学 2007
本文编号：3729166
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
1.1 引言
1.2 国内外发展状况
1.3 课题的研究意义
1.4 论文内容安排
1.5 本章小结
2.系统总体设计与定位方式的选择
2.1 总体设计
2.2 定位方式的分析和选择
2.3 超声波定位算法理论分析
2.3.1 侧向交叉定位(Lateral cross location)原理
2.3.2 三维空间差动超声波定位法
2.3.3 三边测量(Trilateration)定位算法
2.3.4 AOA和 TDOA定位算法
2.4 本章小结
3.检测理论与控制策略
3.1 超声波测量阵列设计与分析
3.1.1 超声检测阵列设计
3.1.2 车前检测区域划分
3.2 车前路况分类及控制策略
3.3 超声波测距误差分析和处理
3.3.1 超声波测距误差分析
3.3.2 超声波测距误差处理
3.4 本章小结
4.小车控制器的FPGA实现
4.1 FPGA项目开发
4.1.1 系统软件开发环境
4.1.2 FPGA开发流程
4.1.3 ModelSim介绍
4.1.4 Signaltap
4.1.5 数字系统设计思想方法
4.2 主控制板的功能分析
4.3 FPGA控制系统顶层设计
4.4 主控单元设计
4.5 超声波检测单元设计
4.5.1 程序设计
4.5.2 超声波检测单元测试
4.6 UART的模块设计
4.7 语音模块的控制
4.8 本章小结
5.运动单元设计
5.1 运动单元控制原理
5.2 PID控制器Verilog HDL实现
5.2.1 PID算法分析
5.2.2 PID的硬件模型
5.3 硬件电路介绍
5.4 PWM发生器设计
5.5 本章小结
6.总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单片机的自动跟随小车[J]. 张伟,王桥,李莉,魏虎,张庆新,姜萍. 物联网技术. 2018(06)
[2]LoRa无线网络技术与应用现状研究[J]. 王鹏,刘志杰,郑欣. 信息通信技术. 2017(05)
[3]车联网基站定位纠偏算法研究[J]. 王明儒,阮详兵. 电信工程技术与标准化. 2017(05)
[4]21世纪最新购物滑轮包长什么样[J]. 杜启荣,凌启渝. 建筑工人. 2017(04)
[5]物料运输小车底盘设计[J]. 李岩,魏佳旭,周栋,刘国腾,刘利,史颖刚. 农业机械. 2017(04)
[6]低功耗广域网络技术综述[J]. 郑宁,杨曦,吴双力. 信息通信技术. 2017(01)
[7]一种可自动跟随手机行走的小车[J]. 肖晓兰,黄海峰,刘利河,陈世光,陈城茂,赖国宾. 机械工程与自动化. 2016(02)
[8]基于改进最小二乘算法的TDOA/AOA定位方法[J]. 闫雷兵,陆音,张业荣. 电波科学学报. 2016(02)
[9]三轮式重力势能小车大角度转弯性能优化[J]. 张春,郑应彬,马永昌. 机械设计. 2014(10)
[10]PID算法的FPGA实现[J]. 徐博,冀威. 电子世界. 2014(09)
硕士论文
[1]基于蝙蝠算法的无线传感网络节点定位研究[D]. 刘春菊.杭州电子科技大学 2016
[2]基于地磁场和RSSI的室内定位算法设计与实现[D]. 王欣.杭州电子科技大学 2014
[3]基于超声波测距的机器人定位与避障[D]. 徐跃.齐鲁工业大学 2013
[4]基于FPGA的无刷直流电机控制系统实现[D]. 倪飞.重庆大学 2013
[5]自动跟随小车控制系统[D]. 刘伟丽.长春理工大学 2013
[6]基于FS8610的网络电子收银秤的设计与实现[D]. 谢应宸.苏州大学 2009
[7]智能小车运动控制技术的研究[D]. 王晶.武汉理工大学 2009
[8]基于蓝牙无线技术的室内定位方法的研究[D]. 王小好.浙江工业大学 2007
[9]基于超声波定位技术的障碍探测系统[D]. 阮一晖.苏州大学 2007
本文编号：3729166
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3729166.html
