矿用无轨胶轮车无人驾驶系统研究

发布时间：2017-09-09 23:24

  本文关键词：矿用无轨胶轮车无人驾驶系统研究

  更多相关文章： 无人驾驶 传感器 电机 模糊控制 模糊自适应PID控制

【摘要】：近年来,随着科学技术的迅速发展,无人驾驶车辆已成为当今汽车领域研究的新热点,是未来汽车工业发展的主流方向。无人驾驶系统是集导航定位、环境感知、路径规划、行为决策控制等多种技术于一体的综合系统。早在二十世纪五十年代,国外就开始无人驾驶车辆的研制,而现今世界无人驾驶车辆主要的研究方向是在高速公路环境和城市道路环境下的无人驾驶车辆的研制,而针对于特殊环境下的无人驾驶车辆至今少有人提及。矿用无轨胶轮车作为煤矿井下辅助运输的重要组成部分,是制约煤炭开采量及生产效率的瓶颈。矿井辅助运输的工作环境较为恶劣,属于高危环境,如何实现其无人驾驶,对于减少财产损失及人员伤亡率,降低运输成本,提高采矿工作效率,具有重大的应用前景和战略价值。本文所研究的矿用无轨胶轮车无人驾驶系统是针对地下巷道这一特殊环境进行的研究分析。对现有无轨胶轮车进行机械结构的改造设计,涉及到转向机构、踏板机构和换挡机构三部分,使用电机来取代人为操作,实现无人驾驶的行为操作。由于井下工作环境恶劣,难以使用GPS对车辆位置进行定位,视觉传感器避障方案也难以实现,因此本文采用超声波传感器和激光雷达传感器实现对道路环境信息的检测,采用霍尔传感器测量车辆行驶速度,位置传感器检测换挡手柄位置信息,以51单片机作为控制系统的主控单元,实现对无轨胶轮车无人驾驶系统行驶操作的控制。最后根据模糊控制和模糊自适应PID控制理论,使用MATLAB软件建立模糊控制和模糊自适应PID控制仿真模型,实现对转向电机的控制,结果表明本次设计能够实现车辆的快速平稳转向,满足无人驾驶车辆的行驶要求。
【关键词】：无人驾驶 传感器 电机 模糊控制 模糊自适应PID控制
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD525
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 课题研究背景及意义7-8
• 1.1.1 课题研究背景7-8
• 1.1.2 课题研究意义8
• 1.2 国内外无人驾驶车辆发展概况及发展趋势8-12
• 1.2.1 国外无人驾驶车辆发展概况8-10
• 1.2.2 国内无人驾驶车辆发展概况10-11
• 1.2.3 无人驾驶车辆发展趋势11-12
• 1.3 无人驾驶车辆关键技术12-13
• 1.4 课题研究内容安排及主要创新点13-15
• 1.4.1 课题研究内容安排13-14
• 1.4.2 课题研究主要创新点14-15
• 2 矿用无轨胶轮车机械结构改造设计15-21
• 2.1 踏板机械结构的改造设计15-16
• 2.2 转向机械结构改造设计16-17
• 2.3 换挡机械机构改造设计17-18
• 2.4 改造机械结构的执行机构选取18-20
• 2.4.1 电机的选取18-20
• 2.4.2 减速器20
• 2.4.3 拉绳以及绕线卷筒20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 矿用无轨胶轮车无人驾驶控制系统设计21-45
• 3.1 控制系统总体设计21-22
• 3.2 控制系统硬件设计22-32
• 3.2.1 主控单元的设计22-23
• 3.2.2 避障传感器的选择及硬件电路设计23-27
• 3.2.3 测速传感器的选择及硬件电路设计27-29
• 3.2.4 位置传感器的选择及硬件电路设计29
• 3.2.5 电机驱动选择及硬件电路设计29-31
• 3.2.6 传感器的安装31-32
• 3.3 控制系统软件设计32-44
• 3.3.1 启动控制流程图33-35
• 3.3.2 停车控制流程图35
• 3.3.3 转向控制流程图35-37
• 3.3.4 紧急制动控制流程图37
• 3.3.5 自动换挡控制流程图37-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 无轨胶轮车自主避障模糊控制器设计45-51
• 4.1 模糊控制简介45-46
• 4.2 模糊控制原理46
• 4.3 模糊控制器的设计46-50
• 4.3.1 输入量输出量的模糊化47
• 4.3.2 隶属度函数选取47-48
• 4.3.3 模糊控制规则48-49
• 4.3.4 输出解模糊化49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 转向电机的模糊自适应PID控制器设计及仿真51-60
• 5.1 PID控制算法51-52
• 5.2 模糊自适应PID控制52-53
• 5.3 模糊自适应PID控制的具体实现53-55
• 5.4 基于模糊自适应PID控制器的Simulink建模55-57
• 5.5 仿真结果和分析57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6 结论60-62
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 附录66-80

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本文编号：823374