基于FPGA的两轮机器人运动控制系统设计
| 摘要 | 第1-6页 |
| ABSTRACT | 第6-11页 |
| 第1章 绪论 | 第11-17页 |
| ·课题背景以及研究意义 | 第11-12页 |
| ·课题背景 | 第11-12页 |
| ·两轮自平衡机器人的研究意义 | 第12页 |
| ·两轮机器人的的发展历程以及目前研究状况 | 第12-16页 |
| ·两轮机器人的国外研究状况 | 第12-14页 |
| ·两轮机器人的国内研究状况 | 第14-16页 |
| ·两轮机器人运动控制的主要方法介绍 | 第16页 |
| ·本文的主要研究内容 | 第16-17页 |
| 第2章 两轮机器人的动力学模型及工作原理 | 第17-26页 |
| ·两轮机器人的动力学模型 | 第17-22页 |
| ·两轮机器人的结构特点 | 第17页 |
| ·动力学模型 | 第17-21页 |
| ·能控能观性判定 | 第21-22页 |
| ·稳定性判定 | 第22页 |
| ·两轮机器人的工作原理 | 第22-25页 |
| ·自主直立原理 | 第23页 |
| ·机器人动态平衡原理 | 第23-24页 |
| ·最大可控角度论证 | 第24-25页 |
| ·本章小结 | 第25-26页 |
| 第3章 两轮机器人的控制系统硬件设计 | 第26-39页 |
| ·两轮机器人的核心控制板 | 第26-28页 |
| ·最小系统板 | 第26页 |
| ·电源电路 | 第26-27页 |
| ·存储器接口电路 | 第27页 |
| ·SOPC 的 JTAG 配置 | 第27-28页 |
| ·SOPC 的串口主动配置 | 第28页 |
| ·两轮机器人控制系统的 FPGA 工程设计 | 第28-31页 |
| ·FPGA 系统工程 | 第29页 |
| ·自定制 NIOS 系统内核 | 第29-31页 |
| ·内核的外围设备 | 第31页 |
| ·姿态检测单元电路 | 第31-33页 |
| ·硅微加速度计电路 | 第32页 |
| ·硅微陀螺仪电路 | 第32页 |
| ·低通滤波放大电路 | 第32-33页 |
| ·AD 采样电路 | 第33页 |
| ·直流电机驱动电路及 PWM 控制设计 | 第33-38页 |
| ·控制系统的直流电机 | 第33-34页 |
| ·直流电机驱动电路设计 | 第34-35页 |
| ·直流电机电气原理 | 第35-36页 |
| ·直流电机的 PWM 内核的 SOPC 设计 | 第36-38页 |
| ·本章小结 | 第38-39页 |
| 第4章 两轮机器人姿态检测系统设计 | 第39-52页 |
| ·引言 | 第39页 |
| ·姿态检测传感器 | 第39-42页 |
| ·加速度计测量倾角 | 第39-40页 |
| ·陀螺仪测量角速度 | 第40-41页 |
| ·传感器低通滤波器设计 | 第41-42页 |
| ·加速度计和陀螺的误差分析 | 第42-43页 |
| ·传感器的误差模型及标定 | 第43-46页 |
| ·两轮机器人姿态检测的卡尔曼滤波器设计 | 第46-51页 |
| ·卡尔曼滤波原理 | 第46-48页 |
| ·两轮机器人的卡尔曼滤波器设计 | 第48-50页 |
| ·卡尔曼滤波器仿真结果 | 第50-51页 |
| ·本章小结 | 第51-52页 |
| 第5章 运动控制算法设计及系统调试 | 第52-69页 |
| ·基于 PID 理论的平衡控制 | 第52-59页 |
| ·PID 控制技术 | 第52页 |
| ·PID 控制原理 | 第52-53页 |
| ·数字 PID 控制 | 第53-55页 |
| ·两轮机器人的双闭环 PID 控制设计要点 | 第55-57页 |
| ·两轮机器人双闭环 PID 控制系统设计 | 第57-59页 |
| ·MATLAB 仿真实验研究 | 第59页 |
| ·基于 LQR 理论的平衡控制 | 第59-63页 |
| ·LQR 最优调节器基本原理 | 第60-61页 |
| ·LQR 最优调节器设计 | 第61-63页 |
| ·MATLAB 仿真实验研究 | 第63页 |
| ·两种算法实际平衡控制比较 | 第63-68页 |
| ·自平衡实验对比 | 第64-65页 |
| ·抗干扰实验对比 | 第65-67页 |
| ·速度跟踪实验对比 | 第67-68页 |
| ·本章小结 | 第68-69页 |
| 结论 | 第69-70页 |
| 参考文献 | 第70-74页 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 | 第74-75页 |
| 致谢 | 第75页 |
