智能轮椅运动控制系统开发
这是一篇关于智能轮椅,嵌入式控制器,运动控制,速度规划,CAN总线的论文, 主要内容为本课题研究依托于国家重点研发计划项目科技冬奥子课题,旨在2022年北京冬季奥运会举行期间,为肢体残障的冬奥工作人员、观众以及非比赛时间的运动员等提供一种更加智能化的轮椅辅助设备。近年来,随着社会的进步和老龄化现象的发展,在日常生活出行中,行动不便的老年人以及残障人士对于智能轮椅的需求越来越大,具有较为广阔的市场前景和社会意义。目前智能轮椅或者电动轮椅普遍存在行驶速度控制不够平滑柔顺以及无法与轮椅拓展搭载的其他智能系统模块较好协调通讯等问题。因此,开发具有速度规划运动控制功能且能与其他智能系统协调通讯的运动控制系统,具有重要的现实意义和应用价值。本文开发了一套智能轮椅运动控制系统,可实现对轮椅行驶速度规划运动控制以及与其他智能系统协调通讯等功能。主要工作内容体现在四个方面,即智能轮椅机械结构与运动控制系统总体方案设计、硬件电路设计、软件开发设计以及系统测试与应用。基于ARM Cortex-M3内核单片机,构建了“主控板+运动控制系统驱动器+执行器”的控制系统总体架构。主控板负责将摇杆控制命令信号差速解算处理后发送到运动控制系统驱动器;运动控制系统驱动器负责完成双路电机的差速驱动和速度规划等开闭环运动控制功能,以及系统工作状态数据的实时采集反馈;主控板、运动控制系统驱动器以及轮椅拓展搭载的其他智能系统模块通过CAN总线网络进行通讯,并制定了CAN总线通讯协议。硬件电路设计方面,基于STM32F103CBT6主控芯片,完成了MCU最小系统、电源供电、电机驱动、霍尔测速模块、通讯与数据存储以及安全防护等电路的原理图搭建和电子元器件的选型工作,并进行了PCB设计、打板与焊接测试;软件开发设计方面,基于μC/OS-II实时操作系统对运动控制系统软件架构进行了模块化的设计,实现了摇杆控制命令信号的电子差速解算、双路直流有刷电机的驱动控制、系统工作状态的采集反馈以及系统之间的CAN总线网络协议的通讯。最后,完成了智能轮椅运动控制系统平台并进行了软硬件整体调试以及项目示范应用。测试和应用结果表明:智能轮椅结构设计合理,运动控制系统实现了对轮椅行驶的速度规划运动控制功能,解决了与轮椅拓展搭载的其他智能系统模块协调通讯的不足,系统工作稳定可靠,满足智能轮椅日常使用和运动控制需要,为进一步研究开发适合老龄化社会的新型智能化轮椅产品奠定了一定的技术基础。
网联场景下插电式混合动力汽车的能量优化研究
这是一篇关于网联汽车,速度规划,庞特里亚金最小值原理,贝叶斯优化的论文, 主要内容为随着信息网络技术的飞速发展,万物互联时代正在到来,5G等信息技术的发展也为传统汽车向智能网联汽车转型升级提供了技术保障。随着车辆与外界信息交换技术的不断突破,也让车辆开始拥有自主最优决策能力。同时智能网联混合动力汽车可有效减少能源消耗与环境污染,对实现碳达峰、碳中和的“双碳战略”具有重要意义。为此,亟需开发一套满足车、路、云、网协同的实时能量控制策略,确保车辆实现最优经济性驾驶。本文基于车辆与外界的信息交换技术(Vehicle to Everything,V2X),研究了插电式混合动力汽车在网联跟车场景下动态交通中的最优能量控制策略问题。本文的动态交通设定为:网联场景中前车可能受到其他车辆引起的交通堵塞、停滞等红灯等情况的影响,且信号灯的时序信息(Signal Phase and Timing,SPa T)并不是全路程都知晓,对于拥有车辆对建筑的信息交换技术(Vehicle to Infrastructure,V2I)的目标车辆来说,其信息传递只能接受临近的2处信号灯的时序信息。具体研究内容如下:首先,分析了目标车辆的动力系统模型,使用功率分流式行星排结构作为动力耦合装置,分析了其与传统串、并联构型的差异。在行星排传动结构建模中考虑了转动惯量因素,利用后向建模仿真方法,建立模型公式。并建立了网联路况的交通信息模型。其次,对于网联车辆而言,其速度规划也是非常重要的一个方面。针对网联跟车场景下对前车的速度预测,提出了径向基神经网络速度预测、高斯过程速度预测和基于加速度序列的速度预测方法,并进行了比较分析。对比结果显示,加速度序列的速度预测具有更高的预测精度,更加适用于来预测前车穿过临近信号灯处的时间点,为网联跟车场景下的目标车辆的速度优化提供信息支持。再次,针对于网联车辆的能量管理策略问题,使用了基于模型预测控制方法(Model Predictive Control,MPC)的庞特里亚金最小值原理(Pontryagin’s Minimum Principle,PMP)来实时求解,并与动态规划(Dynamic Programming,DP)方法进行比较研究。现有的PMP算法中的参考电池荷电状态(State of Charge,SOC)曲线常采取等距离分配的策略,没有考虑有无坡度下的SOC的最佳变化问题,本文提出了基于贝叶斯优化(Bayesian)的参考SOC曲线规划方法,与等距离分配策略相比,其结果更加贴合基于DP方法下SOC曲线,燃油经济性更佳。最后,在网联跟车场景中,综合考虑了跟车通行效率、跟车安全性和燃油经济性等多目标来规划目标车辆的速度曲线,分析了其速度规划算法中不同最优恒定速度的设定对总燃油消耗的影响。并使用贝叶斯优化的PMP+MPC方法来求解能量管理策略,并进行仿真结果分析。
全自动锁螺丝机控制系统设计与开发
这是一篇关于螺丝机,加减速,速度规划,遗传算法的论文, 主要内容为近年来,随着电子工业装配自动化的发展以及人工成本不断上升,采用机械手代替人工生产是企业持续发展的必然选择,其中自动螺丝机可以大大减少人工,提高生产效率,必将促成螺丝机不断研究与开发。为了设计自动化水平较高的自动螺丝机控制系统,通过综述大量国内外相关文献,本文对自动螺丝机相关技术难题进行了相应的分析与研究,在此基础上设计开发了基于STM32自动螺丝机控制系统,主要研究工作和成果如下:1、对自动螺丝机结构进行了分析,确定采用两块STM32微处理器分别开发人机交互触摸屏和运动控制器。设计了触摸屏控制板和运动控制板的硬件原理图。2、研究了遗传算法和加减速控制算法,采用遗传算法对自动螺丝机锁付路径进行优化,采用S形加减速控制曲线对连续直线段速度规划,使自动螺丝机运动平滑,不抖动。3、根据自动螺丝机控制系统需求,设计实现了系统的功能软件,主要包括控制系统的初始化、速度控制方法的软件设计、遗传算法的软件设计、动作控制软件设计等。最后对研究工作进行了总结,分析了本课题设计方案的优势与不足,针对本课题自动螺丝机控制系统的不足提出了改进的方案。
智能轮椅运动控制系统开发
这是一篇关于智能轮椅,嵌入式控制器,运动控制,速度规划,CAN总线的论文, 主要内容为本课题研究依托于国家重点研发计划项目科技冬奥子课题,旨在2022年北京冬季奥运会举行期间,为肢体残障的冬奥工作人员、观众以及非比赛时间的运动员等提供一种更加智能化的轮椅辅助设备。近年来,随着社会的进步和老龄化现象的发展,在日常生活出行中,行动不便的老年人以及残障人士对于智能轮椅的需求越来越大,具有较为广阔的市场前景和社会意义。目前智能轮椅或者电动轮椅普遍存在行驶速度控制不够平滑柔顺以及无法与轮椅拓展搭载的其他智能系统模块较好协调通讯等问题。因此,开发具有速度规划运动控制功能且能与其他智能系统协调通讯的运动控制系统,具有重要的现实意义和应用价值。本文开发了一套智能轮椅运动控制系统,可实现对轮椅行驶速度规划运动控制以及与其他智能系统协调通讯等功能。主要工作内容体现在四个方面,即智能轮椅机械结构与运动控制系统总体方案设计、硬件电路设计、软件开发设计以及系统测试与应用。基于ARM Cortex-M3内核单片机,构建了“主控板+运动控制系统驱动器+执行器”的控制系统总体架构。主控板负责将摇杆控制命令信号差速解算处理后发送到运动控制系统驱动器;运动控制系统驱动器负责完成双路电机的差速驱动和速度规划等开闭环运动控制功能,以及系统工作状态数据的实时采集反馈;主控板、运动控制系统驱动器以及轮椅拓展搭载的其他智能系统模块通过CAN总线网络进行通讯,并制定了CAN总线通讯协议。硬件电路设计方面,基于STM32F103CBT6主控芯片,完成了MCU最小系统、电源供电、电机驱动、霍尔测速模块、通讯与数据存储以及安全防护等电路的原理图搭建和电子元器件的选型工作,并进行了PCB设计、打板与焊接测试;软件开发设计方面,基于μC/OS-II实时操作系统对运动控制系统软件架构进行了模块化的设计,实现了摇杆控制命令信号的电子差速解算、双路直流有刷电机的驱动控制、系统工作状态的采集反馈以及系统之间的CAN总线网络协议的通讯。最后,完成了智能轮椅运动控制系统平台并进行了软硬件整体调试以及项目示范应用。测试和应用结果表明:智能轮椅结构设计合理,运动控制系统实现了对轮椅行驶的速度规划运动控制功能,解决了与轮椅拓展搭载的其他智能系统模块协调通讯的不足,系统工作稳定可靠,满足智能轮椅日常使用和运动控制需要,为进一步研究开发适合老龄化社会的新型智能化轮椅产品奠定了一定的技术基础。
网联场景下插电式混合动力汽车的能量优化研究
这是一篇关于网联汽车,速度规划,庞特里亚金最小值原理,贝叶斯优化的论文, 主要内容为随着信息网络技术的飞速发展,万物互联时代正在到来,5G等信息技术的发展也为传统汽车向智能网联汽车转型升级提供了技术保障。随着车辆与外界信息交换技术的不断突破,也让车辆开始拥有自主最优决策能力。同时智能网联混合动力汽车可有效减少能源消耗与环境污染,对实现碳达峰、碳中和的“双碳战略”具有重要意义。为此,亟需开发一套满足车、路、云、网协同的实时能量控制策略,确保车辆实现最优经济性驾驶。本文基于车辆与外界的信息交换技术(Vehicle to Everything,V2X),研究了插电式混合动力汽车在网联跟车场景下动态交通中的最优能量控制策略问题。本文的动态交通设定为:网联场景中前车可能受到其他车辆引起的交通堵塞、停滞等红灯等情况的影响,且信号灯的时序信息(Signal Phase and Timing,SPa T)并不是全路程都知晓,对于拥有车辆对建筑的信息交换技术(Vehicle to Infrastructure,V2I)的目标车辆来说,其信息传递只能接受临近的2处信号灯的时序信息。具体研究内容如下:首先,分析了目标车辆的动力系统模型,使用功率分流式行星排结构作为动力耦合装置,分析了其与传统串、并联构型的差异。在行星排传动结构建模中考虑了转动惯量因素,利用后向建模仿真方法,建立模型公式。并建立了网联路况的交通信息模型。其次,对于网联车辆而言,其速度规划也是非常重要的一个方面。针对网联跟车场景下对前车的速度预测,提出了径向基神经网络速度预测、高斯过程速度预测和基于加速度序列的速度预测方法,并进行了比较分析。对比结果显示,加速度序列的速度预测具有更高的预测精度,更加适用于来预测前车穿过临近信号灯处的时间点,为网联跟车场景下的目标车辆的速度优化提供信息支持。再次,针对于网联车辆的能量管理策略问题,使用了基于模型预测控制方法(Model Predictive Control,MPC)的庞特里亚金最小值原理(Pontryagin’s Minimum Principle,PMP)来实时求解,并与动态规划(Dynamic Programming,DP)方法进行比较研究。现有的PMP算法中的参考电池荷电状态(State of Charge,SOC)曲线常采取等距离分配的策略,没有考虑有无坡度下的SOC的最佳变化问题,本文提出了基于贝叶斯优化(Bayesian)的参考SOC曲线规划方法,与等距离分配策略相比,其结果更加贴合基于DP方法下SOC曲线,燃油经济性更佳。最后,在网联跟车场景中,综合考虑了跟车通行效率、跟车安全性和燃油经济性等多目标来规划目标车辆的速度曲线,分析了其速度规划算法中不同最优恒定速度的设定对总燃油消耗的影响。并使用贝叶斯优化的PMP+MPC方法来求解能量管理策略,并进行仿真结果分析。
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