无线网络环境下移动机器人控制算法的研究

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移动机器人的研究对于提高工业生产的能力、服务业的服务质量、救援与现场排爆的速度有着重要的意义。相对于传统的点对点的移动机器人控制方式,无线网络环境下移动机器人控制作为一种分布式的控制系统的重要应用,因其具有减少布线、易于维护与扩展、适合远程控制、资源共享等特点,备受人们关注。但是由于无线网络的引入,势必会引入网络时延。网络时延的存在不仅影响信息的实时传输更会影响整个无线网络控制系统的性能,严重时甚至引起系统不稳定。过去的移动机器人控制算法大多是基于控制信息传输无时延的假设,因此很难直接适用于无线网络环境下的移动机器人控制。本文的无线网络环境下移动机器人控制算法研究具有重要意义,本文在以下方面进行了研究和探索:1.本文首先对无线网络控制系统的结构组成与特点进行了分析,探究了节点驱动方式对无线网络控制系统的影响,并根据探究结果选择适合本文的接点驱动方式。分析了无线网络环境中的时延产生过程与其对系统的影响,并且针对给定系统,利用MATLAB仿真验证了时延对控制系统性能的影响。2.针对目前常用的机器人建立了一种适合两轮移动机器人、履带式机器人、四轮驱动差速转向机器人通用的动力学模型,针对此模型设计了适应于网络环境的离散反演控制器。利用MATLAB/Simulink对设计离散的反演控制算法进行仿真验证,仿真结果表明本文设计的离散反演控制器具有良好的控制效果。3.利用TrueTime网络化仿真平台搭建无线网络环境下的移动机器人控制系统,对其进行仿真,调整时延参数,并对比无时延时和有时延时的仿真结果,进而总结出时延对无线网络移动机器人控制系统的影响。利用模型预测控制设计控制序列预测补偿器,将其应用于无线网络环境下移动机器人控制系统,以减小时延对无线网络移动机器人控制系统的影响。并对加入了控制序列预测补偿器的无线网络移动机器人控制系统进行仿真,通过仿真结果验证,本文设计的控制策略具有良好的控制效果。4.为了进一步深入研究移动机器人控制系统,以及无线网络控制系统,本文通过硬件选型与相应信号处理电路的设计完成了对进行了移动机器人硬件系统设计。使并利用网络设备与网络编程技术建立了无线网络控制系统,从而完成了无线网络移动机器人控制系统硬件设计,在此基础上进行了移动机器人的软件设计与可是化界面设计。
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