基于ZigBee的多智能小车编队系统.rar

摘 要:随着机器人技术的发展，控制单个机器人已经不是困难的事，控制多个机器人完成复杂的任务是发展的趋势.不仅如此，现代工业对控制领域的控制与协调的要求也越来越高，多智能体的协作问题已经成为热点问题.本文针对多智能小车的编队控制问题进行研究.根据本文对通信的实时性、可靠性及分布式协作的要求,采用ZigBee进行了系统设计的研究；对编队控制进行了仿真研究.具体内容有：

第一，为了对小车进行无线控制，首先学习了ZigBee的相关内容.学习了ZigBee的协议，和要用到的相关软件.学习并制定了ZigBee的组网和网络初始化配置的方案.

第二，根据设计的要求，选择了智能小车模型、驱动设备以及节点模块.研究设计了小车的驱动模块的硬件和程序.利用PWM的调速方式在驱动程序中对小车进行调速控制.

第三，研究了在ZigBee网络中基于测距和非测距的定位方法.利用MATLAB对部分定位方法进行了仿真.对不同条件下，定位仿真的误差进行了对比.

第四，在智能小车无线定位的基础上，研究了对多智能小车进行编队控制的方法.对小车建立了运动模型，同时建立了小车运动信息之间传递的数学方法.使用了自组织的方法对小车进行初始队形的编队.在这些的基础上，利用MATLAB软件，选择了领航-跟随法对智能小车编队进行了仿真.同时提出了自己更改的一种以领航-跟随法为基础的编队控制的方法，并进行了仿真.对这两种仿真的结果进行了比较.结果表明更改后的方法在编队控制的过程中效果更好.

通过本文所做的研究对ZigBee有了一定的认识和应用能力，利用之前所学的设计了小车的硬件模块；仿真研究了部分ZigBee网络中的定位方法，对编队控制也进行了一部分的仿真和改进.

关键词：ZigBee；无线传感器网络；定位；编队控制

目录

摘要

abstract

第1章 绪论-1

1.1智能小车编队-1

1.2无线传感器网络-1

1.3课题的背景及意义-2

1.4论文主要研究的内容-3

第2章 ZigBee技术-5

2.1 ZigBee概述-5

2.2 ZigBee技术特点和优势-5

2.3 ZigBee协议栈-7

2.4 ZigBee无线网络的组网-8

2.5 ZigBee网络的初始化配置-10

2.6本章小节-10

第3章 智能小车的硬件设计-11

3.1小车模型选择-11

3.2小车驱动模块-11

3.3小车的调速控制-13

3.4智能小车的无线模块-14

3.5本章小结-14

第4章 智能小车的定位算法-15

4.1基于测距的定位算法-15

4.1.1 TOA测距法-15

4.1.2 TDOA 算法-16

4.1.3 AOA算法-16

4.1.4 RSSI算法-17

4.2基于非测距的定位算法-18

4.2.1几何质心算法-18

4.2.2 APIT定位算法-18

4.2.3 DV-Hop定位算法-19

4.3对DV-Hop定位算法的仿真研究-19

4.3.1 MATLAB仿真软件-19

4.3.2 对DV-Hop定位算法的仿真-19

4.4本章小结-20

第5章 对于编队控制的研究与仿真-21

5.1编队控制方法-21

5.1.1 传统的编队方法-21

5.1.2 新兴的编队控制方法-23

5.2小车运动模型的建立-24

5.3相邻智能小车间信息的传递-24

5.4建立智能小车初始队形-25

5.4.1虚拟力法-25

5.4.2采取的虚拟力法-26

5.5编队控制仿真-28

5.5.1 领航-跟随法编队控制仿真-28

5.5.2 更改的领航-跟随法编队控制仿真-30

5.6本章小节-31

第6章 结论与展望-33

6.1结论-33

6.2不足之处及未来展望-33

参考文献-35

致  谢-37

附录：仿真代码-39