智能小车网络控制系统设计及时延对控制性能的影响研究

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随着信息技术、网络通信技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术的进步,智能交通系统正蓬勃发展,而车辆的自动驾驶则是其研究的重点内容之一。单车的自动驾驶技术研究已经取得一些成果,而对将网络通信技术和控制技术相结合的多车协调控制的研究还有待开展。在网络控制系统中,时延是影响系统性能和稳定性的重要因素。因而,研究基于网络的智能车控制技术和时延对网络控制性能的影响都具有理论意义和实用价值。为了研究自动驾驶的相关问题,现已开发出能够在模拟交通环境下自动驾驶的智能小车,但是多辆智能小车还不能在设定间距下共同行驶,因而无法实现车辆跟随。为此,本文着重设计并实现了智能小车网络控制系统中的位置检测、网络通信和网络控制,且根据实验结果,分析了时延对本系统性能的影响。具体工作主要包含以下三个方面:首先,设计并实现了智能小车在实验平台上的位置检测。分析了采集到的智能小车实验平台图像的特点,再介绍了边缘检测的原理和步骤,并详细研究了Canny边缘检测算法的实现过程。并在VC++6.0和OpenCV环境中,利用获取到的实验平台图像完成了智能小车的位置检测。其次,实现了基于流式套接字和数据报套接字的通信方案,并在实验中对它们的性能作了对比分析。先介绍TCP/IP协议族的机制,然后分析了不同套接字技术的区别。根据Socket通信的实现机制和提供的编程接口,结合设计的智能小车端和服务器需要交换的数据大小,给出了这两种套接字通信方案的详细实现过程,并比较了它们在本研究中传输数据所消耗的时间。最后,实现了不同驱动方式下的智能小车的网络控制。先介绍了网络节点时间驱动方式和事件驱动方式的差别,给出了C(E)+A(E)和C(T)+A(E)驱动方式的信息传输时序图。然后实现了这两种驱动方式下的智能小车网络控制,并通过实验分析了不同大小的时延对控制性能的影响。通过实验表明,上述实现的位置检测、通信方案和网路控制,能够很好地对两辆智能小车的跟随进行仿真,满足了系统设计的需求。
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