基于全方位移动平台运动控制系统设计与实现.pdf

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1、硕士学位论文基于全方位移动平台运动控制系统设计与实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFMOTIONCONTROLSYSTEMBASEDONOMNI-DIRECTIONALMOBILEPLATFORM张宇飞哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于全方位移动平台运动控制系统设计与实现硕士研究生：张宇飞导师：温奇咏副教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TP242U.D.C:621D

2、issertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFMOTIONCONTROLSYSTEMBASEDONOMNI-DIRECTIONALMOBILEPLATFORMCandidate：ZHANGYufeiSupervisor：AssociateProf.WENQiyongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ControlScienceandEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauti

3、csDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近年来，随着科技的进步，移动平台已在社会生产、生活的各个方面显示出越来越重要的地位和作用，应用越来越广泛，与此同时，人们对移动平台的要求也越来越高，也促使移动平台的技术发展。一般情况下传统移动平台，由于其本身轮系结构的限制，运动存在死角，在狭窄区域无法有效地运动。与传统的轮式移动平台相比，基于Mecanum轮的全方位移动平台可以在任意平面内实现三自由度的运动，运动性能极其灵活、机动

4、性很强，吸引了众多科研人员的关注。对全方位移动平台的运动控制的研究可以更好地开发它的特点，发挥它的运动优势，因此，具有良好的实际应用价值和学术研究意义。首先，介绍了Mecanum轮的几何特征和参数化建模的过程，分析了Mecanum轮的运动特性。建立了基于Mecanum轮全方位移动平台的的运动学模型，结合直流伺服电机，建立了包含直流伺服电机的动力学方程；其次，在全方位移动平台的运动学及动力学的理论基础上，根据PID的控制原理，设计了全方位移动平台的速度控制器与位姿控制器，并给出了全方位移动平台的运动控制仿真模型并利用MATLAB/Simulink仿真验证了运动控制系统模型的可行

5、性；接着通过对滑模控制原理的分析，利用全方位移动平台的动力学方程设计滑模控制器，然后通过MATLAB仿真验证控制器设计的可行性；然后，根据全方位移动平台的功能需求，确定控制系统总体设计方案，选择合适的软件硬件的设计方案，搭建基于STM32的全方位移动平台的控制系统；最后，根据控制系统方案，搭建物理实验样机并开展实验研究，进行了全局轨迹跟踪控制实验，基于实验样机验证设计的控制器的可行性。关键词：Mecanum轮；全方位移动平台；PID；滑模控制；轨迹跟踪I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,withtheadvancementofscien

6、ceandtechnology,mobileplatformshaveshownanincreasinglyimportantpositionandroleinallaspectsofsocialproductionandlife,andapplicationshavebecomemorewidespread.Atthesametime,people’sdemandsformobileplatformshavealsoincreased.Thehigher,alsopromptedthedevelopmentofmobileplatformtechnology.Underno

7、rmalcircumstances,thetraditionalmobileplatform,duetoitsownwheelsystemstructure,thereisadeadangleinthemovement,cannoteffectivelymoveinanarrowarea.Comparedwiththetraditionalwheeledmobileplatform,theomni-directionalmobileplatformbasedonMecanumwheelcanrealiz