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研究生: 吳知諺
論文名稱: 紅外線感測分析及應用 - 以車輛追隨為例
指導教授: 陳榮順
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 53
中文關鍵詞: 紅外線感測車輛追蹤倒單擺系統
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  • 本論文主要在發展輕型個人載具(以下稱子車)與公共載具(以下稱母車)追蹤之控制系統。本研究在子車、母車皆裝設感測器,用以感測子車在追蹤母車時兩者間距及方位,並發展智慧型控制器用以控制子車相對母車的速度,使子車與目標物不會發生碰撞。為了達成上述之功能,本論文開發子車之智慧型控制器與測距及方位感測器系統。
    子車的動態模型為一個車輪倒單擺(Wheeled inverted pendulum)模型及穩定車體兩種,本研究建立數學及實體的子車模型為我們後續的研究提供一個完整的實驗平台,並利用滑動模式設計控制器,藉以控制車輪倒單擺系統的平衡。而穩定車體最主要的功能是驗證本研究所設計的追蹤控制器,及紅外線感測系統的可行性。本研究設計子車用的紅外線感測器,並找出紅外線感測器的架設條件,完成紅外線測距系統。並將上述的穩定車體、紅外線測距系統做一個整合。


    目錄 摘要 I 致謝 II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 倒單擺的平衡 2 1.2.2 車輛追蹤法則 3 1.2.3 紅外線感測 4 1.3 本文大綱 5 第二章 系統動態模型 6 2.1 穩定系統動態模型 6 2.2 非穩定系統動態模型 8 2.2.1 非穩定系統動態模型分析 8 第三章 紅外線感測器與硬體設備 12 3.1 紅外線感測器 12 3.2 紅外線架設與感測 13 3.3 紅外線修正 15 3.4 參數對紅外線的影響 22 3.5 功率的影響 23 3.6 穩定車體硬體設備 25 3.7 倒單擺車體 26 3.8 硬體限制 26 3.8.1 機械方面限制 26 3.8.2 電力方面限制 27 第四章 控制器設計與模擬 29 4.1 追蹤控制 29 4.2 平衡控制 32 4.2.1 平衡控制模擬 35 第五章 實驗結果與討論 37 5.1 實驗系統架構 37 5.2 實驗結果 38 5.2.1 追蹤控制之實驗 38 5.2.2 穩定車體追蹤實驗 40 5.3 結果分析與討論 43 第六章 結論與未來工作 49 6.1 結論 49 6.2 未來工作 50 參考文獻 51   圖目錄 圖2.1 BB車實體外觀圖 6 圖2.2 BB車的數學模型示意圖 7 圖2.3 車輪倒單擺結構示意圖 9 圖2.4 車輛重心與車軸相關位置圖 9 圖2.5 模型簡化示意圖 10 圖2.6 車輪倒單擺自由體圖 10 圖3.1 紅外線感測器 [11] 12 圖3.2 紅外線感光晶片 [11] 13 圖3.3 地面干擾反射示意圖 14 圖3.4 紅外線感測器視野範圍圖 [11] 15 圖3.5 量測環境示意圖 16 圖3.6 左邊感光組距離350公分水平角修正圖 17 圖3.7 左邊感光組距離400公分水平角修正圖 17 圖3.8 左邊感光組距離350公分仰角修正圖 18 圖3.9 左邊感光組距離400公分仰角修正圖 18 圖3.10 量測角度修正流程圖 19 圖3.11 左感光組對水平角校正 20 圖3.12 左感光組對仰角校正 20 圖3.13 右感光組對水平角校正 21 圖3.14 右感光組對仰角校正 21 圖3.15 發射場形對紅外線空間感測影響示意圖 23 圖3.16 紅外線模組回授訊號示意圖 25 圖3.17 控制方塊圖 26 圖4.1 紅外線修正方塊圖 29 圖4.2 控制器方塊圖 30 圖4.3 車輛追蹤姿態示意圖 30 圖4.4 追蹤最佳路徑示意圖 32 圖4.5 滑動控制模擬桿子角度對時間變化圖 35 圖4.6 滑動控制模擬桿子角速度對時間變化圖 36 圖4.7 滑動控制模擬滑動變數s1對時間變化圖 36 圖5.1 系統架構方塊圖 38 圖5.2 追蹤目標物實驗過程圖 39 圖5.3 追蹤過頭實驗過程圖 39 圖5.4 車距保持顫抖狀態圖 40 圖5.5 穩定車體追蹤過程實驗圖 41 圖5.6 追蹤路徑比較示意圖 42 圖5.7 穩定車體追移動目標物實驗圖 43 圖5.8 紅外線訊號影響穩定車體表現示意圖 44 圖5.9 根據圖5.6仰角與距離實驗一 46 圖5.10 根據圖5.6仰角與距離實驗二 47 圖5.11 根據圖5.6仰角與距離實驗三 47 圖5.12 根據圖5.6仰角與距離實驗四 48 圖6.1 未來工作概念示意圖 50   表目錄 表 2.1車輪倒單擺系統參數表 11

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