基于RT-Thread的网络化全向机器人远程控制研究

来源 :四川轻化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luoxueyan191
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控制系统中网络的引入为远程控制的实现打下了基础,然而在通过网络实现远程控制的过程中会遇到网络延迟、数据包丢包和错序等问题,这些问题会降低系统的稳定性和远程控制过程中的实时性。因此基于上述问题,本文在网络化控制系统下以全向机器人为研究对象,对远程控制过程中的延迟、数据包丢包和错序等问题进行了研究,并且通过网络化预测控制的方式对远程控制过程中前向通道和反馈通道可能出现的延迟、数据包丢包和错序等问题进行补偿。然后根据网络化控制系统框架设计并实现了能够提升科研效率和帮助教学的网络化控制器,为网络化控制系统的发展与在各行各业的应用尽一点绵薄之力。论文主要研究工作如下:(1)实现远程控制需以理论为基础,因此针对网络化控制系统的延时问题进行了分析,然后对全向机器人完成建模和网络化预测控制的理论推导。通过将非线性时变系统线性化成一阶积分器的形式实现对控制律设计与计算过程的简化,相比于反步法或动态反馈线性化等方法更易于工程实现,最后通过稳定性分析和仿真验证了所设计控制律的有效性。(2)考虑控制器应用于远程控制场景下且具备缩短算法实现周期等特点,设计了基于RT-Thread的网络化控制器所需接口和总体框架,最后通过分析选择RT-Thread和STM32F407分别作为控制器的软件和硬件平台,使得控制器具备低功耗、便携等特点,符合远程控制使用场景。(3)为便于对所设计控制器框架的验证和远程控制的实现,通过嵌入式技术完成所设计控制器。首先在RT-Thread实时内核的基础上,完成串口、网络协议栈和Wi Fi的移植,实现控制器调试环境和网络接口的搭建,然后通过交叉编译平台实现控制器的MATLAB接口,最后通过控制器实现对所设计控制算法的周期性运行和快速更新。(4)为验证理论推导的正确性和所设计控制器的稳定性,设计并实现基于全向机器人的远程轨迹跟踪控制实验。通过搭建网络化控制环境保证实验环境与所提出理论假设一致,并且通过对实验效果和实验所获取数据进行分析,证实了所设计控制律和网络化控制器的稳定性和实时性。
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