基于无线传感器网络的移动节点队形变换控制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:winter2009
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随着无线传感器网络和移动机器人技术的飞速发展,各应用场合对机器人要完成的任务的复杂度也随之提高,因此多移动机器人的协调控制系统成为研究的热点,它能够将原本属于一个机器人的任务分配给多个机器人完成,减轻了单个机器人的负荷,提高了系统的工作效率。本文结合无线传感器网络和多移动机器人系统的优势,借助无线传感器网络为通信平台,通过对网络中多个移动节点的协调控制来完成队形变换和队形保持的任务,在工业、军事、医疗等领域具有较高的实际应用价值。为了实现节点间的信息交互,本文首先组建了基于Z-Stack协议栈的无线网络通信平台。比较了各种无线通信技术的特点,并介绍了Zigbee协议中层与层之间的通信原语,对Z-Stack协议栈进行了移植研究,分析了任务事件响应和处理的机制,在对Zigbee组网原理的分析和理解之后,对网络中的相关参数进行设置,成功组建了网状的无线传感器网络。其次,设计了多移动节点系统的硬件平台及实现了定位。介绍了移动节点和信标节点使用的核心处理器,并设计了移动小车的电机驱动电路以及地磁信号采集电路,为移动节点的协调控制提供了硬件基础。对不同的定位方法进行比较后,选择接收信号强度法实现无线传感器网络中移动节点的定位,通过定位实验及Z-Location监控后,对定位算法不断改进,提高了定位的精度。最后,设计了改进的Leader-Follower编队控制方法,经Matlab仿真后,进行了队形变换实验。在传统的编队控制方法的基础之上设计了改进的Leader-Follower法,该方法增加了Follower的状态反馈环节,使得队形得到有效的维护,提高了系统的工作效率,借助双闭环控制器对队形误差进行实时修正,使得队形的稳定度大大提高。经仿真和实验验证了算法的可靠性,各项指标均满足系统预期的要求。
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