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隧道巡检机器人的稳像平台控制系统研究
| 论文题名： | 隧道巡检机器人的稳像平台控制系统研究 |
| 关键词： | 巡检机器人;稳像平台;复合控制;公路隧道 |
| 摘要： | 我国公路隧道大部分位于山区，隧道巡检难度大且任务繁重，因此，采用隧道巡检机器人代替人工巡检已成为一种趋势。但国内巡检机器人运动过程中存在抖动，会导致视频不清晰。稳像平台可以保持视轴稳定，从而获取清晰稳定的视频图像。本文研究巡检机器人稳像平台控制系统，主控制器实时采集平台的角度以及角速度，利用复合控制策略控制电机，从而实现稳像平台自稳，并根据上位机指令完成跟踪运动。 首先阐述稳像平台的控制机理，使用Solidworks软件设计平台的机械结构，计算各框架的惯性载荷，从而确定平台的力矩电机参数，通过分析各模块的传递函数，得到整个平台控制系统的数学模型。研究变速积分PID和模糊自适应控制相结合的复合控制策略和模糊切换方式，搭建系统的Simulink仿真模型，设计阶跃响应、正弦跟踪及自稳仿真实验，对变速积分PID控制、模糊自适应控制和复合控制策略的优劣性进行比较。 其次设计研制了稳像平台实验样机，分析稳像平台控制系统的整体功能，设计了STM32核心系统、电源电路、驱动电路、惯性传感器电路，完成主控制板的PCB板设计和焊接。设计稳像平台系统软件，针对控制系统下位机，确定了主控制器的程序流程，编写了中断服务函数，制定了数据通信的协议；针对控制系统上位机，使用VS2012编写了上位机控制软件实时显示测试数据，发送控制指令。 最后通过搭建的实验测试平台，进行系统性能测试。设计了俯仰框、横滚框自稳实验和方位框跟踪实验，通过采集实验测试平台上标准陀螺仪传感器模块数据，分析变速积分PID、模糊自适应和复合控制策略下的实验数据。实验结果表明，复合控制策略响应速度较快，稳定精度更高，满足系统的性能要求，且达到了依托的科研项目技术指标。 |
| 作者： | 牟璇 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 赵忠杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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