双轮对轮毂电机移动平台的运动控制策略及算法研究

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轮毂电机因其将驱动系统与刹车系统集成于轮毂内,采用轮毂电机独立驱动的电动汽车与移动平台有了更多的结构设计以及移动方式。四轮独立驱动汽车,在转向时需要转向系统的转向电机与轮毂电机配合实现转弯。轮对式结构的移动平台,仅通过轮对差速控制实现转弯以及直线行驶。本文针对双轮对轮毂电机移动平台在运动时难以控制的问题,通过制定合理的转向策略与设计合适的基础驱动算法控制双轮对轮毂电机移动平台的运动。本文的主要内容如下:首先,本文在Matlab/Simulink中搭建轮毂电机仿真模型,在CarSim中搭建移动平台车辆模型,对双轮对轮毂电机移动平台建立Matlab与CarSim联合仿真建模。并在分析四轮独立驱动转向模式后,总结得出后轮对与前轮对相互耦合控制实现前轮对作为主动导向的转向策略、前后轮对反向运动转向策略、楔形运动转向策略。同时,通过建立的联合仿真模型仿真三种转向策略,得出这三种转向策略符合该移动平台转向方案。其次,基于上述的转向策略选择双PID耦合算法与高斯过程回归算法作为底层驱动算法实现双轮对轮毂电机移动平台运动控制。最后,通过定点测试与随动实验对双轮对轮毂电机移动平台进行实验验证。在实验中使用摄像头检测到目标位置后,通过基础驱动算法实现转向策略达到跟踪目标物体。最终通过分析双轮对轮毂电机移动平台的路径图,总结两种驱动算法在定点测试与随动实验,两种算法基本都可以实现跟踪目标,但是双PID耦合算法在路径初始响应较快,在最后阶段出现调整幅度过大导致路径偏差出现较大误差后及时作出修正实现跟踪目标。高斯过程回归算法在路径初始响应“摆头”较为严重,在中间路径时,路径相较于双PID耦合算法较为平滑,并且在路径最后阶段比双PID耦合算法偏差小,最终实现追踪目标。
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