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基于视觉导航的两轮自平衡智能模型车的设计与实现
| 论文题名： | 基于视觉导航的两轮自平衡智能模型车的设计与实现 |
| 关键词： | 两轮自平衡智能模型车;视觉导航;PID控制策略;参数调试 |
| 摘要： | 基于视觉导航的两轮自平衡智能车辆是在倒立摆模型的基础上进行设计的,是众多智能车辆中的一种,作为现代社会发展的一种产物,它在人类的生活生产中的各个领域发挥了极大的作用。由于其具有运动灵活、结构简单、体积较小的特点,而且转向半径较小,广泛用于众多科研任务和生活实际中,例如空间探索、地形侦察、障碍清理等。这种基于视觉导航的两轮自平衡智能车辆具有多变量输入、多变量输出的特性,需要将控制理论、机械设计、软件编程和电子技术等多种学科综合交叉运用。同时由于这种智能车辆存在多变性,也就是使得这种智能车辆的研究可以采用多种控制算法,这对控制理论的研究具有重要的理论意义。经过多年的研究,基于视觉导航的两轮自平衡智能车辆已取得显著成果,相关技术已较为成熟。 本文首先阐述了国内外基于视觉导航的两轮自平衡智能车辆的研究发展现状,针对现有技术提出了一些问题,同时结合现有技术,在已有模型的基础上,设计研究了一种于视觉导航的两轮自平衡智能车辆。本文详细研究基于视觉导航的两轮自平衡智能车辆的设计整体方案、机械、硬件、算法等方面的内容。首先,研究了智能车辆的整体构成,包括主要车体部件、CCD摄像头、电池、控制单元、加速度计、陀螺仪、速度传感器等,详细介绍了各组成部件的作用。然后研究了视觉导航部分的设计,采用 CCD摄像头进行道路路径辨识,经过控制单元图像处理后,根据算法控制电机转速,实现方向、速度控制,重点研究了 CCD摄像头的图像分析方法及控制策略;然后研究了智能车辆自平衡控制部分,其中主要包括系统建模,两轮自平衡系统的动态模型构建以及两轮自平衡系统运动学模型,主要依据牛顿力学定律和拉格朗日动力学方程建立,假设智能车辆为在平面道路上行驶,经过仿真试验验证了模型的正确性;最后点介绍了两轮自平衡控制策略,本文采用闭环 PID反馈控制原理,其中电机的控制策略需要综合考虑智能车辆直立、转向和速度控制,利用加速度计和陀螺仪进行测量,同时分析研究了智能车辆直立控制、转向控制和速度控制算法,给出了部分程序,最后进行了参数调试,实现最优配置。 |
| 作者： | 于彦华 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 韩毅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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