基于双层模糊逻辑控制的智能小车研究

摘要

随着科学的发展与进步，智能体的应用越来越深入到人类的日常生活之中，从智能家居到医疗助手，从“玉兔”号月球车到谷歌机器人AlphaGo，从军用机器人到家用智能小车，人工智能已然在人类的生活中刻下了深深的烙印。智能小车作为人工智能的科学成果之一，在近年来的研究中得到了较好的发展和较大的技术提升。
　　本文在前人研究的基础上，对双层模糊逻辑算法在无人驾驶智能小车上的应用开展研究，将众多模糊输入量分层输入，降低模糊规则数的计算维度。选取STM32芯片作为主控制器，对主控芯片在智能小车硬件控制方面进行研究，并采用Keil MDK编程工具负责对小车避障活动的程序设计和代码编译。
　　论文首先介绍了本课题的研究背景和意义，叙述了国内外学术界在智能小车领域取得的优秀成果。接着基于动力学知识构建了智能小车的数学模型、轨迹定位坐标系和数学表达式，为后续的算法研究和程序编写打下基础。同时还详细介绍了智能小车的各个硬件组成部分:包括电源系统、电机驱动模块、常用传感器、通信模块、STM32主控芯片以及障碍物检测模块。然后论文着重介绍了双层模糊逻辑控制的基本原理和算法组成，用Matlab软件对基于双层模糊算法的小车避障运动进行仿真模拟，并与传统单层模糊算法进行比较，凸显双层算法的优越性，仿真结果初步验证了双层模糊算法对于解决“维度灾难”问题的有效性。在软件设计部分采用了Keil MDK为软件系统的开发工具，分别对小车障碍物探测模块、电机驱动模块、速度检测模块、CAN总线通信模块等进行模块化编程，各模块间相对独立，便于进行后续的更新与升级。论文最后对本课题的研究工作进行了总结，对后续的改进工作做出了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 智能小车国内外研究现状

1．2．1 国外智能小车的研究现状

1．2．2 国内智能小车的研究现状

1．3 智能避障技术的研究现状

1．4 本文研究的主要内容及主要工作

第2章 智能小车的运动模型及硬件系统设计

2．1 引言

2．2 智能小车坐标系统及相关模型

2．2．1 智能小车的模型假设

2．2．2 智能小车的车载坐标系和全局坐标系建立

2．2．3 智能小车的运动学模型

2．3 智能小车硬件系统介绍

2．3．1 智能小车物理组成

2．3．2 小车控制方案简介

2．3．3 STM32F103芯片简介

2．3．4 电机驱动模块

2．3．5 CAN通信扩展模块

2．4 智能小车传感器介绍

2．4．1 超声波测距传感器

2．4．2 红外测距传感器

2．4．3 光电编码器

2．4．4 电子罗盘

2．5 本章小结

第3章 智能小车定位及避障算法研究

3．1 引言

3．2 模糊逻辑控制理论

3．2．1 模糊逻辑控制的由来

3．2．2 隶属度函数的表述

3．2．3 模糊集合与其运算

3．2．4 模糊关系及其合成

3．3 模糊逻辑控制的结构简介

3．3．1 模糊化处理

3．3．2 模糊知识库

3．3．3 模糊推理与决策

3．3．4 清晰化处理

3．4 多层模糊逻辑控制

3．4．1 “维数灾难”问题

3．4．2 多层模糊逻辑控制原理

3．5 模糊系统在智能小车避障中的应用

3．5．1 双层模糊逻辑结构设计

3．5．2 输入量的模糊化处理

3．5．3 模糊规则库的构建

3．5．4 软件模拟仿真与实验验证

3．6 本章小结

第4章 智能小车软件系统设计

4．1 引言

4．2 智能小车软件开发环境

4．2．1 Keil开发工具简介

4．2．2 J-Link仿真工具

4．3 智能小车软件系统程序编译

4．3．1 电机驱动模块

4．3．2 障碍物检测装置

4．3．3 CAN总线通信

4．3．4 速度检测系统

4．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文