基于双环结构的视觉伺服云台设计与控制

发布时间：2021-02-04 08:16

　　近年来,视觉已成为移动机器人的关键组成部分,在环境监控、人机交互以及视觉引导等方面扮演着重要的角色。尤其是当机器人进入未知环境时,因为视觉传感器具有信息丰富、非接触和精度高等优点,使得机器人能够快速适应环境,获取目标特征。然而,大多数机器人只是搭载了固定式相机,通过机器人运动改变其测量方向,由于机器人转动惯量大、相机视场较小,很难跟踪运动目标。将相机搭载在具有多个运动自由度的小型云台上,再将视觉伺服云台固定在移动机器人上,可以使得相机的运用更加灵活,实现跟踪快速机动目标。本文就视觉伺服云台的机械硬件、控制方案和控制器设计展开了论述与研究。主要针对视觉伺服云台中相机低采样率的缺陷,采用了一种双环结构的控制方案,并分别给出了内外环控制器设计方法,并在实物平台上验证了本文控制方案和控制器的可靠性和有效性。多组对比实验结果表明采用本文设计方法,视觉伺服性能得到了大幅度提升,满足一般移动机器人的使用条件。本文的创新点主要体现在角度环与图像环控制器设计两方面。设计角度环控制器时,为减小对低频信号的跟踪误差和降低系统响应超调量,在状态反馈设计时增加了比例积分（PI）控制器,并采用了一种新颖的参数设计... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 机械结构
        1.2.2 位置伺服
        1.2.3 视觉伺服
    1.3 本文章节安排
第二章 二自由度视觉伺服系统的搭建与设计
    2.1 视觉伺服云台控制流程
    2.2 硬件设计
        2.2.1 传感器选型
        2.2.2 控制平台
        2.2.3 电机选型
        2.2.4 驱动器校正
    2.3 机械设计
        2.3.1 构件设计与组装
        2.3.2 旋转轴倾斜的影响
    2.4 目标识别
    2.5 整体控制方案
    2.6 本章小结
第三章 角度环设计
    3.1 PID控制器设计
    3.2 基于LQR的输出反馈控制器设计
        3.2.1 标准LQ控制器设计
        3.2.2 带内模扩展的LQ控制器设计
        3.2.3 带可调参数的增广设计
        3.2.4 状态观测器设计
    3.3 输出反馈控制器实现
    3.4 本章小结
第四章 图像环设计
    4.1 像面运动目标跟踪策略
    4.2 时延分析
    4.3 多率采样控制系统的转化
    4.4 图像环建模
    4.5 反馈控制器设计
    4.6 等效复合控制设计
    4.7 双率控制问题
    4.8 基于卡尔曼预测的复合控制
        4.8.1 卡尔曼滤波器介绍
        4.8.2 基于预测的复合控制
    4.9 本章小结
第五章 目标跟踪实验
    5.1 操作说明
    5.2 性能指标和实验设计
    5.3 角度环设计对视觉伺服的影响
    5.4 图像环设计对视觉伺服的影响
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3018020