全自主足球机器人变负载情况下双闭环调速系统建模

摘要

全自主足球机器人是当前人工智能和机器人领域的研究热点之一。全自主机器人足球比赛的特点是每个机器人完全自治，即每个机器人必须自带各种传感器、控制器、驱动器、电源等设备[1]。它集高新技术、娱乐和比赛为一体，是人工智能、机器人学、计算机视觉等领域，新理论、新方法的良好实验平台。
　　 在全自主足球机器人系统中，底层驱动控制系统的好坏直接影响到机器人的运动性能和比赛结果，因此建立底层驱动系统模型是十分必要的。目前绝大部分控制系统的设计是在离线的情况下进行的，因此建立与实际系统比较贴近的模型，代替实际被控对象进行控制器设计，是控制系统设计首先需要解决的关键问题之一。
　　 运用特征分析和“类等效”的建模方法，从被控对象的主要特征量出发，建立结构合理，参数精确的模型，这种方法极大的减小了仿真模型和实际系统的差异，大大缩短仿真到实时控制之间的进程。在全自主足球机器人比赛过程中，由于底层驱动系统的外部负载经常会发生变化，为使离线设计的控制器能够更好的贴近真实系统，需要建立变负载下底层驱动系统模型。
　　 基于以上背景，本课题从全自主足球机器人的实际应用中出发，引出双闭环调速系统作为研究对象。双闭环调速系统是构成直流电机驱动系统的典型方案，往往作为执行机构的重要组成部分，建立变负载下双闭环调速系统的模型具有广泛的实际意义。
　　 本文在运用特征分析和“类等效”的建模方法，建立的恒定负载模型基础上，深入分析该模型在变负载情况下其模型参数变化情况，通过电机系统驱动电流和电机转动状态建立负载与模型参数之间的函数关系，利用改进的遗传算法和曲线拟合的工程方法对模型参数进行辨识，从而得到变负载情况下直流电机双闭环调速系统模型。
　　 最后，我们在General Bar全自动足球机器人上，建立以MAXON电机、双闭环驱动器为主要硬件的实验平台。对General Bar全自主足球机器人的变负载下双闭环调速系统进行建模。通过实际系统实验证实了模型的有效性，可以很好的代替实际系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1课题提出的背景

1.1.1全自主足球机器人发展概况

1.1.2全自主足球机器人的研究热点

1.1.3全自主足球机器人在实际中的应用

1.2本文主要的研究内容

1.2.1 问题的提出

1.2.2本文研究的重点

1.3论文的结构

2直流电机双闭环调速系统分析

2.1数学模型

2.1.1直流电机模型分析

2.1.2直流电机双闭环调速系统模型分析

3.1.3直流双闭环调速系统的动态性能分析

2.2恒负载下直流电机双闭环调速系统模型

2.2.1“类等效”建模方法

2.2.2“类等效”模型简化

2.3本章小结

3变负载下直流电机双闭环调速系统模型

3.1变负载下模型参数修正

3.1.1不同状态下的空间状态方程

3.1.2负载L的检测

3.1.3负载L与参数组之间的关系

3.2模型参数辨识

3.2.1改进遗传算法

3.2.2曲线拟合

3.2.3辨识步骤

3.3本章小结

4全自主足球机器人变负载情况下直流电机双闭环调速系统建模

4.1 General Bar全自主足球机器人体系结构

4.2双闭环调速系统硬件设计

4.2.1电机及编码器单元

4.2.2驱动单元

4.2.3 DSP单元

4.2.4接口单元

4.2.5硬件总体连接

4.3软件设计

4.3.1通信协议设计

4.3.2任务设计

4.4变负载情况下直流电机双闭环调速系统模型建立

4.4.1实验设计

4.4.2模型建立

4.4.3模型分析

4.5本章小结

5结论与展望

致 谢

参考文献

附录A.作者在攻读学位期间发表的论文目录