巡检无人车是一种典型的移动机器人,能够在各种环境中自主行驶并执行巡检任务,在不同行业中有着非常广阔的应用前景。由于无人车的工作环境多是危险或遥远的环境,这些环境通常操作人员无法到达,因此提高无人车的自主行为能力,研究无人车的自主感知、自主规划与自主控制方法事是巡检无人车的研究领域的重要趋势。巡检无人车在研制过程中的关键技术主要包括:通信、状态监测、环境感知、自主导航、精确定位、自主避障和控制系统的软硬件实现等,本课题针对上述关键技术设计巡检无人车的车载控制系统。本文首先针对巡检无人车车载控制系统的设计需求进行了整体方案的设计,主要包括巡检无人车的总体架构及总体设计方案,设计了“嵌入式处理器+单片机”的双处理器控制方案;在车辆的机械结构方面将车辆的整体结构设计为两层,并对目前常用的巡检无人车移动方式进行分析,选择了具有阿克曼转向结构的四轮移动方式。其次研究了巡检无人车的控制方法,主要包括车辆的速度控制、路径跟踪控制以及避障控制三个方面。在无人车速度控制方面提出了基于粒子群优化的模糊PID控制算法,通过粒子群优化算法对模糊控制的模糊隶属函数进行优化,实现了车辆速度的准确控制;在轨迹跟踪控制方面研究了模型预测控制算法,通过仿真实验证明该算法可以快速跟踪目标轨迹;在避障控制方面首先分析了激光雷达环境感知方法及坐标转换方法,然后提出了基于局部采样的无人车动态避障算法,提高车辆避障能力,保障车辆运行的安全。然后设计了车载控制系统软硬件,并对车载控制系统的核心部件进行选型。在硬件方面设计了基于STM32单片机的车辆底层控制器,主要包括电源电路、RS485/RS232/CAN通信电路、PWM输出电路、数字量输入输出电路等部分及其PCB板的设计,经实际测试所有电路功能正常。在软件方面分别设计了基于STM32单片机的底层控制软件以及基于嵌入式处理器的决策规划软件。底层控制软件主要实现了车辆状态监测、人机交互、组合定位、运动控制等功能。决策规划软件完成了数据通信、避障算法的实现、轨迹跟踪控制算法的实现。两控制器通过串口通信方式进行数据传输,实现了车辆的无线通信、状态监测、环境感知、导航定位、自主避障等功能。最后为系统调试与分析,针对车载控制系统的软硬件及相关控制算法,对车辆进行了整体安装调试,分别测试了车辆的数据通信、定位、数据采集、轨迹跟踪等功能,通过对测试数据分析可知车辆各功能效果良好。