足球机器人比赛是一个高实时性、高动态特性的环境,在比赛中足球机器人必须具备高度的机动性和灵活性。因此,一个良好的控制系统是对于足球机器人来说非常重要的,足球机器人要能实现快速前进、后退、转角、停车等基本动作,要具备控球、射门、挑球等基本技能,都离不开精确的控制系统。本课题主要研究小型足球机器人的控制系统,使足球机器人在比赛中完成各种动作和实现对运动的控制。主要研究内容如下:(1)底层系统的电路设计。底层电路和基于FPGA的SOPC系统共同构成整个控制系统的硬件电路。底层电路系统包括通信子系统、击球子系统、红外测球系统、电机驱动和电源模块等,重点对通信子系统、击球子系统进行了设计。通信子系统主要包括无线通信芯片的特性,以及无线发射器和接收器的电路设计;击球子系统包括击球系统的控制方案,高压升压电路的设计和电磁铁驱动电路的设计。(2)基于FPGA的SOPC系统设计。主要包括FPGA外围电路、功能模块电路、SOPC外设的设计,重点对功能模块电路和SOPC外设进行了设计。功能模块包括测速系统电路和击球逻辑电路,对测速系统的方法选择、滤波电路、测速电路以及击球逻辑电路的工作原理进行了详细的分析与设计。SOPC外设重点在于PWM设计和无线通信芯片PTR4000接口电路的设计,详细分析了工作原理和程序设计。(3)控制系统的软件设计。主要包括功能模块的FPGA程序、无线通信、运动控制以及驱动程序等。FPGA程序重点是PWM的程序设计。无线通信主要设计了配置程序,无线发射程和无线接收程序。运动控制主要包括控制算法的设计,参数选择以及程序的编写。主控程序主要包括系统主控器的主程序,初始化程序和中断服务程序。(4)系统调试与测试。主要包括对各个电路模块的调试情况和对系统基本功能的测试情况。系统调试的对象主要包括FPGA最小系统、测速模块,PWM模块以及升压模块和电机驱动等。系统测试在软硬件实验平台对足球机器人的功能进行测试,包括无线通信、红外测球,平射、挑射、控球等基本动作,以及前进、后退、旋转、停车等运动性能,重点对机器人的调速性能进行了测试。