家庭服务机器人神经网络PID运动控制算法的FPGA实现

发布时间：2023-05-27 04:55

　　随着当前社会人们经济生活水平不断提高以及人口老龄化日益加剧,家庭服务机器人作为一种方便了人们工作和日常生活的有效智能工具,其运用变得越来越广泛。家庭服务机器人技术是国家科学技术发展的关键领域之一,由于家庭服务机器人具有非线性和时变等多种不确定性的特点,另外人们对其性能有更高的智能化技术要求,因此家庭服务机器的控制机理变得越来越复杂,其系统的数学模型也越来越难以建立。为提高家庭服务机器人的控制精度,满足其在运动控制方面稳定性和实时性的更高要求,本文对家庭服务机器人运动控制系统中所采用的传统PID闭环控制算法进行研究,并针对该算法控制参数的固定不变性,以及运动控制系统对上位机发送的控制指令在特定环境中,其响应的实时性和稳定性差的问题,利用具有强大非线性映射能力和自学习能力的神经网络,及其具有并行高效处理能力的现场可编程器件FPGA,设计了一种利用BP神经网络改进传统PID控制算法的优化算法,并用FPGA实现基于该算法的机器人轮式结构底盘运动控制系统。本文在深入研究了全方位移动机器人运动特性和神经网络PID控制算法原理的基础上,用Simulink对所设计的闭环控制算法进行建模和仿真;接着利用...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 服务机器人研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文主要研究内容及章节安排
第2章 家庭服务机器人总体系统介绍
    2.1 控制系统设计
    2.2 移动平台控制系统
        2.2.1 驱动部件选择
        2.2.2 传感器部件选择
    2.3 本章小结
第3章 全方位移动平台控制系统理论分析
    3.1 全方位移动平台的运动学分析
    3.2 神经网络基础
        3.2.1 单神经元模型
        3.2.2 神经网络拓扑结构
        3.2.3 神经网络学习规则
        3.2.4 BP神经网络
    3.3 移动平台神经网络PID控制算法
        3.3.1 BP神经网络PID运动控制算法
        3.3.2 运动控制方案
    3.4 本章小结
第4章 BP神经网络PID闭环控制系统建模仿真
    4.1 simulink模型及S函数
        4.1.1 S函数编写
        4.1.2 服务机器人运动控制系统模型
    4.2 运动控制系统MATLAB仿真分析
    4.3 本章小结
第5章 服务机器人运动控制系统逻辑电路设计
    5.1 串口通信模块
    5.2 编码器信号采集模块
    5.3 BP神经网络PID算法控制模块
        5.3.1 前向运算模块
        5.3.2 误差反向传播和权值更新模块
        5.3.3 控制模块设计
        5.3.4 顶层BP神经网络PID闭环模块测试仿真
    5.4 整体运动控制系统顶层模块设计及仿真
    5.5 实物实验分析
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3823931