太陽(yáng)能風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模與控制

【摘要】：目前，機(jī)器人被廣泛應(yīng)用在軍事、搶險(xiǎn)救援、外太空探測(cè)等領(lǐng)域，但由于機(jī)器人的動(dòng)力能源主要為電能和石化燃料等，因此，機(jī)器人的行駛范圍和運(yùn)行時(shí)間受到嚴(yán)重的限制。然而太陽(yáng)能和風(fēng)能在地球上和外太空中資源豐富，如果將兩者結(jié)合起來(lái)為機(jī)器人提供動(dòng)力將使機(jī)器人的使用范圍變得更廣。本文主要對(duì)太陽(yáng)能風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入研究。 首先，本文對(duì)太陽(yáng)能電池的基本工作原理進(jìn)行了說(shuō)明，并對(duì)太陽(yáng)能電池和風(fēng)帆的種類及特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，選擇非晶硅柔性薄膜太陽(yáng)能電池和層流型矩形翼帆進(jìn)行結(jié)合；為了確定太陽(yáng)能電池的功率，對(duì)太陽(yáng)光輻射模型進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)太陽(yáng)能電池向蓄電池充電的方式進(jìn)行了研究。 其次，為了減小風(fēng)帆的轉(zhuǎn)動(dòng)、光照和溫度的變化等對(duì)太陽(yáng)能電池輸出功率的影響，最大限度地利用太陽(yáng)能電池的發(fā)電量，本文設(shè)計(jì)了以傳統(tǒng)的電導(dǎo)增量法為基礎(chǔ)的模糊控制器完成對(duì)電池的最大功率點(diǎn)跟蹤。與傳統(tǒng)的擾動(dòng)觀察法和電導(dǎo)增量法相比該控制器尋找最大功率點(diǎn)的速度更快，跟蹤精度更高，同時(shí)輸出的電壓和電流的波動(dòng)更小。 最后，本文在分析風(fēng)帆動(dòng)力特性的基礎(chǔ)上，采用牛頓-歐拉公式法建立了風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的三輪移動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，并著重分析了機(jī)器人的轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)模型，該模型與機(jī)器人的前進(jìn)速度有關(guān)，而風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人的速度又與風(fēng)速、風(fēng)向有關(guān)，所以該機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)。在對(duì)風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人進(jìn)行控制時(shí)，將風(fēng)帆的轉(zhuǎn)動(dòng)和機(jī)器人的航向分別進(jìn)行獨(dú)立控制，采用模糊控制器完成對(duì)風(fēng)帆的控制，采用改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法完成對(duì)PID控制器參數(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的航向控制。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤 風(fēng)帆驅(qū)動(dòng) 動(dòng)力學(xué)建模 風(fēng)帆控制 航向控制
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 論文研究的目的和意義11
• 1.2 太陽(yáng)能風(fēng)帆的使用現(xiàn)狀11-14
• 1.3 風(fēng)帆在陸用設(shè)備中的應(yīng)用14-17
• 1.4 太陽(yáng)能風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4.1 風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4.2 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.6 本論文的主要工作19-20
• 1.7 本章小結(jié)20-21
• 第2章 太陽(yáng)能風(fēng)帆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21-31
• 2.1 太陽(yáng)能電池類型的選取21-24
• 2.1.1 太陽(yáng)能電池的基本工作原理21-22
• 2.1.2 太陽(yáng)能電池的種類和特點(diǎn)22-24
• 2.2 風(fēng)帆類型的選取24-25
• 2.3 太陽(yáng)能風(fēng)帆的設(shè)計(jì)方法25-29
• 2.3.1 太陽(yáng)能電池功率的確定25-28
• 2.3.2 蓄電池充電控制方法28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第3章 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤算法研究31-52
• 3.1 太陽(yáng)能電池的等效模型與輸出特性分析31-35
• 3.1.1 太陽(yáng)能電池的等效模型31-34
• 3.1.2 太陽(yáng)能電池的輸出特性分析34-35
• 3.2 MPPT基本原理及DC/DC控制器35-37
• 3.2.1 MPPT基本原理35-36
• 3.2.2 DC/DC控制器36-37
• 3.3 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法37-44
• 3.3.1 電導(dǎo)增量法37-39
• 3.3.2 擾動(dòng)觀察法39-40
• 3.3.3 模糊控制在太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤中的應(yīng)用40-44
• 3.4 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析44-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第4章 風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模52-63
• 4.1 風(fēng)帆的空氣動(dòng)力學(xué)分析52-55
• 4.2 風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模55-58
• 4.3 風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的簡(jiǎn)化58-59
• 4.4 風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人的轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)模型59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 第5章 太陽(yáng)能風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人的控制方法與仿真63-81
• 5.1 風(fēng)帆的控制方法研究63-68
• 5.1.1 基于最佳操帆曲線的風(fēng)帆控制方法63-65
• 5.1.2 基于模糊控制的風(fēng)帆操作方法65-68
• 5.2 風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人航向控制方法的研究68-75
• 5.2.1 遺傳算法簡(jiǎn)介69-70
• 5.2.2 遺傳算法優(yōu)化PID參數(shù)原理70-75
• 5.3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析75-79
• 5.4 本章小結(jié)79-81
• 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果88-89
• 致謝89-90

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