多移动机器人轨迹跟踪控制系统设计与实现

针对轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题,在分析了机器人运动学模型的基础上,构建多机器人的领航-追随模型。采用跟踪微分器在输入输出两端安排过渡过程,设计了一种基于多变量解耦的非线性PID轨迹跟踪控制器。搭建以Arduino Mega 1280控制板为核心的移动机器人实验平台,采用速度PID控制器以满足机器人驱动电机的实时调速要求,基于ROS提出一种结构化和模块化的多机器人控制系统。在此基础上进行实验,并将实验结果与传统PID方法控制的实验结果进行对比。实验结果验证了本文所提算法的有效性,控制器易于实现且具有一定的鲁棒性。     

液压驱动型四足机器人电液伺服控制系统仿真建模与实验分析

复杂的作业环境和艰巨的作业任务使液压驱动型四足机器人对其伺服系统的精度、速度和力量均比一般机器人在普通情况下有更高的要求。为掌握液压驱动型四足机器人在多种路况下行走时各液压缸的受力情况以及液压系统内流量、压力的变化情况,需要对其虚拟样机进行机械动力系统和液压伺服系统的联合仿真,定性分析电液伺服系统位置、速度等被控对象的特性,并分析PID控制器在四足机器人伺服控制方面的特性与不足。针对传统控制算法在四足机器人控制存在的短板问题,设计了一种非对称前馈补偿模糊自适应PID算法,并利用物理样机进行了实际验证。实验结果为四足机器人电液伺服控制系统硬件、软件和控制算法的设计与优化指明了方向,还为研究四足机器人平稳步态控制策略提供了决策依据和数据支持。     

基于嵌入式系统的搬运机器人设计与路径规划研究

为了解决目前工业搬运机器人发展的需求问题,设计了一款基于嵌入式系统的搬运机器人。该型搬运机器人的循线采用的是一种七路灰度传感器,并通过设计的一种蓝牙模块将灰度信息发送到手机端,从而简化了循线时的调试,具有创新性。搬运机器人前端安装有颜色传感器用以区分不同种类的物料。电机控制部分设计了一个PID闭环控制系统,通过PWM脉冲宽度调节来控制电机的转速。然后,针对模拟场地提出了一种路径规划算法,并通过设计的搬运机器人进行了实验测试与分析,验证了该方法的准确性和有效性。     

空间用斯特林制冷机的过程控制

斯特林制冷机在空间探测中的应用越来越广泛,其驱动控制也至关重要.针对特定的斯特林制冷机,设计了以FPGA作为核心的控制系统,简单介绍了系统的硬件结构以及直线电机的正弦波驱动波形,详细讲解了制冷机的启动、降温、稳温等过程控制,重点论述了温度PlD算法实现的问题,通过跟踪制冷过程温度变化曲线,验证了控制模块的功能特性.     

一种独轮车机器人俯仰平衡运动的控制与实现

针对一台3驱动独轮车机器人系统,对其运动学和动力学特性进行了分析,给出了一种可实现其前后俯仰平衡运动的控制策略。通过对独轮车俯仰运动分析,建立了独轮车俯仰平衡运动的简化力学模型;采用部分反馈线性化的控制方法对车体俯仰角进行了线性化处理,以车体俯仰角和行走轮转角为输出设计了控制器;最后,通过数值仿真实验和物理样机实验验证了力学模型的可靠性和所设计的控制器的有效性。     

基于多模态PID的曳引机驱动控制系统设计

曳引机的驱动控制系统是垂直升降电梯的关键设备,对电梯性能具有重要影响,具有较大的研究价值。对一种基于多模态PID控制的永磁同步曳引机电梯驱动控制系统进行了研究。给出了曳引机驱动控制系统的总体设计方案,将系统分为主控模块、驱动模块和信号采集模块进行设计并介绍了各模块硬件电路的设计。针对曳引机控制采用了电流、速度双闭环控制算法,给出了主控制器DSP的软件流程设计,并对速度环采用的多模态PID控制算法进行了研究。在电梯公司的试验塔对设计的驱动控制系统进行现场调试,调试结果表明电梯在高、中、低速下都能够良好地跟踪给定的S型速度曲线,且超调量较小,稳态误差较小,可以满足电梯控制的性能指标要求。     

基于迈斯纳效应超导电机的设计与电磁结构分析

本文对低温超导体在低温环境下表现出的迈斯纳效应进行了分析,并将这一现象产生的抗磁特性应用于电机驱动,设计出一种定子位于转子内部的超导电机。文章还阐述了电机的工作原理,结构设计方案。针对一种两相驱动的结构设计方案进行了电磁结构分析,得到具体的电机特性参数。     

一种新的双足机器人模型设计与相关研究

针对双足机器人最简模型在行走过程中出现摆动腿足部擦地的问题,提出了一种通过摆动腿膝关节弯曲达到摆动腿缩短的新模型。当摆动腿开始摆动时,摆动腿膝关节弯曲锁定,摆动腿缩短;当摆动腿摆动到最大位置时,膝关节解锁,摆动腿伸直再锁定,此后摆动腿回摆,系统变为直腿模型。采用脚后跟冲击控制,在摆动腿落地前,拖后的支撑腿与地面接触处施加一指向髋关节的瞬时冲击力,冲击力可以减小摆动腿着地时能量的损耗,同时驱动被动机器人向前行走。设计了迭代学习控制算法,找到极限环与不动点,实现不同给定期望步长跟踪的冲击力的计算。仿真结果表明,迭代学习控制可以有效的实现不同期望步长的跟踪,可以很快的找到机器人系统的不动点,通过收敛的相平面,得到稳定的极限环,保证了机器人行走过程稳定。     

基于9DOF IMU的AUV惯性导航技术研究

水下机器人（underwater vehicle）惯性导航技术是目前机器人控制技术的难点,通过加装不同类型的IMU组件,可以实现水下机器人姿态、方位等参数的测量,并将这些参数作为反馈输入来实现水下机器人的精确控制。针对低成本微惯性传感器的应用特性,采用Sparkfun、Arduino Mega和Raspberry Pi,设计了基于Raspberry Pi集中处理、Arduino控制板分布式控制的微小型捷联惯导系统,实现了水下机器人惯性导航系统的全部导航和制导参数读取,包含位置坐标、线速度、角速度、姿态角、方位角等信息,通过水池试验表明应用表明本系统满足Eco-dolphin的水下定航控制要求。     

基于PID的流量调节阀的设计

针对流量控制,设计了一种结构简单、控制方便、精度高的基于PID的流量调节阀。流量调节阀主要由手动平衡阀、流量传感器、步进电机和控制器四部分组成,控制器采用PID算法控制步进电机。检测步进电机电流的大小不仅能确定手动平衡阀是否到达了极限调节值,也可以防止过电流损坏电机。实验测试中,用PC机对输出流量值进行设定和对流量调节阀的控制效果进行分析。通过反复试验,证明了输出的流量值能准确快速的跟随设定值的变化而变化。研究表明,基于PID的流量调节阀能实现高精度的流量控制。     

激光测距无损检测机器人运动控制研究

为了提高无损检测机器人行走的直线度,针对移动机器人系统,本文研究了激光测距的位置反馈方法,开发了基于微控制器STM32芯片的控制器,完成了边缘传感器信号、光电码盘信号、激光测距信号的接收与处理。设计了系统的软件结构,探讨了移动机器人系统的建模与仿真,详细分析了永磁同步电机的数学模型和移动机器人的运动学模型,在此基础上,以移动机器人的侧移与偏移角度为指标,设计PID控制器的参数,进行PID控制算法的仿真。经过仿真分析,研究扰动对于系统各部分新能的影响,验证了控制算法的合理性与有效性。     

配电房轨道式自动巡检机器人控制系统设计与实现

针对配电房等室内电力系统供电设备自动巡检的需求,提出了以微控制器MSP430F5438为核心的自动巡检机器人控制系统总体设计方案。采用模块化方法完成了控制系统硬件电路设计,主要包括：主控模块、电源模块、运动控制模块、通信模块和数据采集模块。介绍了控制系统软件的总体流程,完成了控制系统嵌入式软件及其上位机监控软件的设计。实验结果表明,所设计的控制系统应用于巡检机器人可以实现对配电房供电设备的自动巡检,从而验证了控制系统的有效性与合理性,具有显著的推广应用价值。     

Numerical modelling of the work of a pulsed aerosol system for fire fighting at the ignitions of liquid hydrocarbon fuels

The work of a pulsed aerosol system for fire fighting is modelled, which is designed for fire fighting at oil storages and at the spills of oil products, whose vapors were modelled by gaseous methane. The system represents a device for separate installation, which consists of a charge of solid propellant (the gas generator) and a container with fine-dispersed powder of the flame-damper substance. The methane combustion was described by a one-stage gross-reaction, the influence of the concentration of vapors of the flame-damper substance on the combustion process was taken into account by reducing the pre-exponent factor in the Arrhenius law and was described by an empirical dependence. The computational experiment showed that the application of the pulsed aerosol system for fire fighting ensures an efficient transport of fine-dispersed aerosol particles of the flame-damping substance and its forming vapors to the combustion zone; the concentration of particles ensures the damping of the heat source. The work was financially supported by the President of the Russian Federation (NSh-9886.2006.9), Presidium of RAS (Project No. 4.1), and the Program of Interdisciplinary Integration Basic Research of SB RAS No. 26.     

基于双核的视频智能消防水炮设计

随着大空间公共建筑越来越多,传统的喷洒水灭火已满足不了需求,这些场所的消防安全也显得日益突出。针对现有自动消防炮灭火装置存在大多采用红外传感器作为火源探测元件,易受环境气流影响,导致灭火准确性降低。为此,采用红外视频探测方式,基于双核处理方式实现视频智能消防水炮。着重介绍了视频智能消防水炮工作原理,进行硬件电路结构设计和软件设计,并提出射流分段补偿方法。试验结果表明,所研制的水炮基于视频识别火源跟踪定位和射流分段补偿方法,提高了灭火定位的准确性;基于双核的工作方式,保证了水炮检测火源时效性。该水炮既能满足大空间场所设计要求,同时又能满足国标要求,为大空间场所和野外灭火提供了新的灭火设备选择。     

智能写字机器人设计

设计了一种两自由度写字机器人,可以很方便地完成在平面上的书写绘画任务。可以把在计算机输入的文字通过控制算法和硬件电路用步进电机带动写字笔在纸面自动地描写出来。上位机选用计算机作为主机,采用Arduino系统作为从机。在计算机上将输入的文字转换成坐标形式的G代码,在通过串口发送给下位机控制器,下位机控制器采用直线插补和圆弧形插补算法,输出控制脉冲和方向电平控制步进电机前进或者后退。步进电机是由脉冲控制的,每发来一个脉冲就前进一步,实现了对距离的精确控制。本设计可以拓展一轴,加入Z轴理论上可以实现3D打印功能,把写字笔换成雕刻刀或者是激光头可以雕刻立体作品,拓展功能丰富。     

微型无刷直流电机位置系统的过程控制

为了实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用微型无刷直流电机驱动螺旋天线单元转动来到达预定的辐射相位。设计了一种新型微型无刷直流电机位置控制系统,构建了比例滑模面-超螺旋二阶滑模控制器用于速度控制,利用结合速度剖面策略的PID控制算法实现了转动位置的中间过程控制。建立了基于Simulink的系统仿真模型,验证了方案的可行性,并构建了FPGA硬件实验平台。仿真和实验结果均表明,微型无刷直流电机驱动天线单元精确按照预设的速度剖面曲线运行,在50 ms控制周期内转动角度达到180°,中间控制过程的位置跟踪误差和平衡位置处的残余震荡误差均小于±3°。     

基于Compax3的伺服升降平台控制系统设计

针对现有同步、大载荷升降平台行程控制精度低、人机交互性差的缺点,设计了一种基于Compax3伺服控制器的升降平台控制系统。利用一台伺服电机驱动多个滚珠丝杆同步螺旋升降运动,分别通过CANopen和串口通信的方式实现本地、远程同时对升降平台的运动控制和状态监控,并且独立控制电机刹车方便安装和调试。试验结果表明,该控制系统的行程控制误差小于0.1mm,系统控制精度高、人机界面友好、功能丰富、性能稳定,具有较高的工程应用价值。