多无人车系统协同控制方法及实验平台设计

发布时间：2017-10-22 14:06

  本文关键词：多无人车系统协同控制方法及实验平台设计

  更多相关文章： 多无人车 协同控制 时间最优 编队控制 避障 视觉定位 Wi-Fi通信

【摘要】：随着计算机技术和传感技术的普及,多无人车系统得到了快速的发展。和单个无人车相比,多无人车系统具有更好的时间和空间分布、更丰富的功能、更强的性能以及较好的鲁棒性,因此对于多无人车系统的研究有着重要的意义。本文以多无人车系统为基础,研究了协同控制算法并设计和搭建了多无人车协同控制平台。本文的主要研究内容包括:首先,介绍了无人车系统模型、多无人车编队控制和无人车避障控制三方面内容。本文研究的无人车是具有非完整约束的轮式移动机器人,给出了无人车的运动学模型。分析并总结了几种典型的多无人车编队控制和无人车避障控制方法。其次,分析了本文的多无人车协同控制算法。在编队分配方面,本文基于编队时间最优的方法进行编队分配。在领航-跟随法编队控制算法中,基于输入-输出反馈线性化设计了领航者和跟随者控制器。在避障控制算法中,针对传统人工势能场法的两个问题:局部最小值和目标不可达问题,进行了改进。并通过仿真实验验证了多无人车协同控制算法的有效性和正确性。然后,详细介绍了本文的另一项重要研究工作:多无人车协同控制实验平台的设计和搭建,主要包括平台的总体设计方案及各个子系统的具体设计方案。选用E-Puck机器人为本文研究的无人车,针对本平台的设计要求对其进行了改进和完善。设计了室内视觉定位系统,用于对平台多个E-Puck机器人进行定位。考虑到Wi-Fi通信的众多优点,设计了基于Wi-Fi的通信系统,用于无人车之间的信息交互。最后,结合本文的多无人车协同控制算法和多无人车协同控制实验平台,在平台上完成了多无人车协同控制算法的实验,通过实验的效果来验证算法的有效性和可行性。
【关键词】：多无人车 协同控制 时间最优 编队控制 避障 视觉定位 Wi-Fi通信
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 研究背景及意义11-13
• 1.2.1 研究背景11-12
• 1.2.2 研究意义12-13
• 1.3 主要研究内容13-16
• 1.4 国内外研究现状16-20
• 1.4.1 国外研究现状17-18
• 1.4.2 国内研究现状18-20
• 1.5 本文主要研究工作和章节安排20-23
• 第2章 无人车建模和多无人车编队避障控制方法研究23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 无人车系统建模23-26
• 2.2.1 无人车运动型模型23-25
• 2.2.2 完整性约束与非完整性约束25-26
• 2.3 多无人车编队控制方法26-28
• 2.3.1 领航-跟随法26-27
• 2.3.2 基于行为的方法27
• 2.3.3 虚拟结构法27-28
• 2.4 无人车避障控制方法28-30
• 2.4.1 自由空间法28-29
• 2.4.2 栅格法29
• 2.4.3 人工势能场法29
• 2.4.4 模糊控制法29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于编队时间最优的多无人车编队和避障控制31-49
• 3.1 引言31
• 3.2 多无人车编队控制算法31-36
• 3.2.1 l-φ领航-跟随法31-33
• 3.2.2 l-l领航-跟随法33-34
• 3.2.3 多无人车编队控制器分析34-36
• 3.3 基于时间最优的编队规划36-39
• 3.3.1 多无人车编队规划问题36-37
• 3.3.2 基于时间最优的编队规划37-39
• 3.4 改进的人工势能场法避障控制39-42
• 3.4.1 传统人工势能场法39-41
• 3.4.2 改进的传统人工势能场法41-42
• 3.5 仿真实验42-47
• 3.5.1 基于时间最优的编队仿真实验42-44
• 3.5.2 改进人工势能场避障仿真实验44-46
• 3.5.3 多无人车协同控制仿真实验46-47
• 3.6 本章小结47-49
• 第4章 多无人车协同控制实验平台的设计49-69
• 4.1 引言49
• 4.2 平台总体设计方案49-50
• 4.3 无人车子系统50-55
• 4.3.1 E-Puck机器人简介50-51
• 4.3.2 E-Puck机器人重要组成51-53
• 4.3.3 E-Puck机器人的改进53-55
• 4.4 定位子系统55-62
• 4.4.1 定位算法简介55-56
• 4.4.2 多无人车平台定位算法56-59
• 4.4.3 视觉定位系统设计59-62
• 4.5 无线通信子系统62-67
• 4.5.1 无线通信简介62
• 4.5.2 多无人车平台通信系统62-64
• 4.5.3 Wi-Fi通信系统设计64-67
• 4.6 本章小结67-69
• 第5章 多无人车协同控制实验69-81
• 5.1 引言69
• 5.2 多无人车协同控制实验平台的测试69-73
• 5.2.1 室内定位算法测试69-71
• 5.2.2 无人车方向测试71-73
• 5.3 多无人车协同控制实验73-79
• 5.3.1 时间编队最优实验73-76
• 5.3.2 多无人车协同控制实验76-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第6章 总结与展望81-83
• 6.1 研究工作总结81
• 6.2 工作展望81-83
• 参考文献83-87
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单87-89
• 致谢89

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本文编号：1078662