太陽能風帆驅動的機器人動力學建模與控制.pdf

1、目前，機器人被廣泛應用在軍事、搶險救援、外太空探測等領域，但由于機器人的動力能源主要為電能和石化燃料等，因此，機器人的行駛范圍和運行時間受到嚴重的限制。然而太陽能和風能在地球上和外太空中資源豐富，如果將兩者結合起來為機器人提供動力將使機器人的使用范圍變得更廣。本文主要對太陽能風帆驅動的機器人的相關技術進行了深入研究。
　　首先，本文對太陽能電池的基本工作原理進行了說明，并對太陽能電池和風帆的種類及特點進行了總結，選擇非晶硅柔性薄膜

2、太陽能電池和層流型矩形翼帆進行結合；為了確定太陽能電池的功率，對太陽光輻射模型進行了分析，同時對太陽能電池向蓄電池充電的方式進行了研究。
　　其次，為了減小風帆的轉動、光照和溫度的變化等對太陽能電池輸出功率的影響，最大限度地利用太陽能電池的發(fā)電量，本文設計了以傳統(tǒng)的電導增量法為基礎的模糊控制器完成對電池的最大功率點跟蹤。與傳統(tǒng)的擾動觀察法和電導增量法相比該控制器尋找最大功率點的速度更快，跟蹤精度更高，同時輸出的電壓和電流的波動更小

3、。
　　最后，本文在分析風帆動力特性的基礎上，采用牛頓-歐拉公式法建立了風帆驅動的三輪移動機器人的動力學模型，并著重分析了機器人的轉向動力學模型，該模型與機器人的前進速度有關，而風帆驅動的機器人的速度又與風速、風向有關，所以該機器人系統(tǒng)是一個時變的復雜系統(tǒng)。在對風帆驅動的機器人進行控制時，將風帆的轉動和機器人的航向分別進行獨立控制，采用模糊控制器完成對風帆的控制，采用改進的自適應遺傳算法完成對PID控制器參數的優(yōu)化，實現(xiàn)對機器人的