中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

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[学位论文] 许喆南京理工大学 2017年硕士导师: 陈庆伟；吴益飞共81页

摘要 : 近些年来，四旋翼无人机因其操作方便、成本较低和机动性高等特点受到了国内外的广泛关注。四旋翼无人机作为一个欠驱动非线性系统，在飞行过程中容易受到风场的干扰，由于GPS精度不高，容易导致实际降落点偏离降落目标。本文设计了一种四旋翼无人机控... 展开近些年来，四旋翼无人机因其操作方便、成本较低和机动性高等特点受到了国内外的广泛关注。四旋翼无人机作为一个欠驱动非线性系统，在飞行过程中容易受到风场的干扰，由于GPS精度不高，容易导致实际降落点偏离降落目标。本文设计了一种四旋翼无人机控制系统，并对控制算法、抗风扰性能与高精度降落进行了研究，主要内容如下: (1)为进行四旋翼无人机的控制系统设计，首先对四旋翼无人机进行受力分析，通过坐标系变换以及运用牛顿-欧拉公式对四旋翼无人机建立数学模型。为研究四旋翼无人机在风场干扰下的运动情况，对均值风、阵风和紊流风场等风场干扰进行建模。 (2)根据四旋翼无人机的数学模型分别设计了模糊PID控制算法和滑模控制算法，搭建Simulink模块进行仿真实验，在仿真过程中加入风场干扰，通过调节模糊PID隶属度函数和削弱滑模控制中的抖振现象，提高系统的性能。对传统PID控制、模糊PID控制和滑模控制进行仿真对比，结果表明模糊PID控制器有着更好的动态特性，滑模控制有着更好的抗风扰性能。 (3)针对彩色环形靶盘设计高精度自主降落图像处理方案，最终降落到中心。首先对颜色空间进行讨论，分析针孔成像模型和摄像头畸变模型，并对摄像头进行标定，获取内部参数。然后制定圆形特征检测方案，采用Canny算子边缘检测和Hough圆形变换，对圆形轮廓和圆心坐标进行了有效识别。 (4)通过需求分析，搭建四旋翼无人机软硬件平台。选择四旋翼无人机的零部件进行集成，并在开源飞控基础上进行二次开发，分析飞控代码的软件框架，并设计针对抗风扰的控制律模块、针对室内飞行的定高模块和针对高精度降落的图像识别模块。 (5)最后进行软硬件调试，设计室内和室外飞行实验。室内实验中，四旋翼无人机在均值风和阵风干扰下悬停效果良好，验证了系统软硬件抗风扰措施的可行性;在室外实验中，四旋翼无人机可以在5级风的环境下稳定飞行，结果表明设计的控制算法可以达到抗风扰要求。收起

关键词 : 四旋翼风场干扰滑模算法图像识别无人机控制系统

2. 一类助行机器人控制系统的设计与实现

[学位论文] 叶睿南京理工大学 2016年硕士导师: 陈庆伟；吴益飞共77页

摘要 : 目前，老龄人口和残障人士的增多给社会发展造成了巨大的压力，同时也促进了养老助残产业的发展。助行机器人作为不可缺少的代步工具，能够方便他们的日常出行。针对普通电动机器人无法爬楼的问题，本文给出一类平地、爬楼两用的助行机器人控制系统设... 展开目前，老龄人口和残障人士的增多给社会发展造成了巨大的压力，同时也促进了养老助残产业的发展。助行机器人作为不可缺少的代步工具，能够方便他们的日常出行。针对普通电动机器人无法爬楼的问题，本文给出一类平地、爬楼两用的助行机器人控制系统设计方案，并对相关的控制技术进行了研究和实验验证。本文设计了系统总体控制方案、爬楼电机控制方案与电动推杆控制方案。对助行机器人的结构进行了分析，阐述了爬楼的原理与过程，根据功率需求分析，选择了符合性能参数的爬楼驱动电机、平地轮毂电机、电动推杆。同时为了满足系统的功能要求，对相应的传感器及其供电电源进行了选型。针对助行机器人在负载不确定和外界扰动造成的速度波动问题，建立了助行机器人控制系统的数学模型，给出了一种基于指数趋近律的滑模控制器设计方法，选择了相关的参数并进行了仿真，仿真结果表明所用方法能使助行机器人对外界扰动和参数变化不敏感，与PID控制相比具有更好的性能。设计并搭建了助行机器人的硬件系统，主要包括主控板系统、基于IR2133S的爬楼电机驱动电路、基于LMD18200的推杆驱动电路、工作模式切换电路、基于驱动器的平地驱动模块以及基于MT4300CE触摸屏的通信模块。设计了助行机器人的软件系统，主要分为主函数模块、底层驱动模块、上位机通信模块以及安全防护模块。主函数模块负责系统的初始化;底层驱动模块包括脉宽调制、数模转换、位置检测、逻辑换相、推杆升降、转速计算与调速控制等;上位机通信模块包括MODBUS通信协议、触摸屏界面编程、串口通信SCI;安全防护模块包括调整装置倾斜角以及蜂鸣器报警。对整体系统按模块化进行独立测试，主要包括PWM波形、主控板电路、爬楼电机及其驱动电路、平地电机及其驱动器、电动推杆及其驱动电路、传感器部件等。采用课题组设计的助行机器人进行了爬楼试验，结果表明所设计的控制系统能较好地满足系统要求，初步验证了助行机器人运行的可行性。收起

关键词 : 助行机器人滑模控制硬件设计软件开发功能模块

3. 一种爬楼轮椅研究与设计

[学位论文] 周政超南京理工大学 2015年硕士导师: 陈庆伟；吴益飞共77页

摘要 : 老龄人口与下肢残障人士的与日俱增促进了养老产业与助残产业的迅猛发展，轮椅作为老年人与下肢残疾者不可或缺的助行工具，极大方便了他们的日常出行。然而目前市面上的轮椅极少可以攀爬楼梯，本文给出一类平地爬楼两用的轮椅，并对相关技术进行了研... 展开

关键词 : 爬楼轮椅无刷直流电机脉动抑制人机交互

4. 一类自动装填控制系统的研究与设计

[学位论文] 田双文南京理工大学 2016年硕士导师: 陈庆伟；吴益飞共75页

摘要 : 未来信息技术高度发达的数字化战场，要求身管武器在短时间内能够发射出大量弹药，身管武器弹药自动装填系统是保障武器快速发射的重要分系统，是未来数字化武器平台的核心部分。采用自动装填系统不仅可以提高装填速度，还可以大大节省人力，可为无人... 展开未来信息技术高度发达的数字化战场，要求身管武器在短时间内能够发射出大量弹药，身管武器弹药自动装填系统是保障武器快速发射的重要分系统，是未来数字化武器平台的核心部分。采用自动装填系统不仅可以提高装填速度，还可以大大节省人力，可为无人化战场开辟新的途径。非定角装填能够在系统要求的任意角度下自由填装弹药，是未来武器自动装填系统的发展方向。本文以国外先进自动装填系统为背景，设计了弹药自动装填控制系统的方案，研究了控制系统的核心技术，并在试验台架上完成了模拟试验，主要工作如下: (1)本文以一类自动装填系统为研究对象，为实现自动装填系统的网络化、数字化控制，详细分析了自动装填系统的需求，对系统的整体结构进行了设计，对系统实现过程中的一些技术难点进行了分析，给出了自动装填系统及其子系统的动作流程图，为控制系统的设计奠定了基础。 (2)设计了自动装填网络化控制系统主控箱及其主控板，主控箱由主控板、伺服驱动器、继电器、接触器、电源等组成。主控板采用MSP430F5638单片机，通讯部分采用RS485和CSM100CAN通讯模块，用于自动装填系统各单元主控板之间的通讯和上位机触控屏的手动和自动指令操作。 (3)弹药仓弹药数量多、变化大给伺服系统位置控制器设计带来了难度。针对负载惯量大范围变化的情况，建立了弹药仓位置控制系统的特征模型;通过仿真对比分析了最小二乘法和梯度下降法辨识方法各自的特点;采用梯度下降辨识方法，设计了自适应黄金分割控制器，仿真结果表明控制效果可以满足要求。 (4)在教研室的位置伺服系统试验平台上，进行了系统模拟试验。通过改变负载惯量来模拟弹药回转台弹药数量大范围变化，采用基于特征模型和梯度下降法的黄金分割自适应控制器，进行了电机与负载惯量比为1∶5、1∶13、1∶21的位置定位控制，实验结果表明设计的控制器能够满足系统要求。收起

关键词 : 武器弹药自动装填系统数字化控制梯度下降法自适应黄金分割控制器

5. 一类自动装填控制系统的研究与设计

[学位论文] 张骞南京理工大学 2015年硕士导师: 陈庆伟；吴益飞共68页

摘要 : 自动装填技术近年来越来越受各国重视，尤其是在火炮的弹药自动装填技术上的应用，使其成为了未来信息化武器的一个重要组成部分。本文基于一类自动装填控制系统，根据其机械设计，进行了自动装填控制系统的研究与设计，主要完成了以下工作: 以一... 展开

关键词 : 自动装填自适应模糊控制虚拟样机联合仿真