entwicklung einer motorsteuerung f ur zwei getriebemotoren · bietet eine neue grundlage f ur...
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Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende
Entwicklung einer Motorsteuerung fur zweiGetriebemotoren
Studienarbeit, Abschlussvortrag
T. K.
Technische Universitat BraunschweigInstitut fur
Betriebssysteme und Rechnerverbund
19. Februar 2008
1 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung fur zwei Getriebemotoren
Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende
Ubersicht
1 Motivation
2 HardwareUbersichtInkrementalgeberSchnittstellen
3 SoftwareHauptschleifeReglerGeradeausfahrtProtokoll
4 Fazit
2 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung fur zwei Getriebemotoren
Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende
Motivation
Probleme bei der derzeitigen Motorsteuerung
geringe Geschwindigkeit durch Einsatz von Servomotoren
keine exakte Positionsbestimmung moglich
Geradeausfahren uber langere Strecken sehr schwierig
Was bietet die neue Steuerung?
hoheres Tempo durch Getriebemotoren
genauere Positionsauflosung durch Inkrementalgeber
Geradeausfahrt durch Kopplung der Rader in Software
3 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung fur zwei Getriebemotoren
Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Ubersicht Inkrementalgeber Schnittstellen
Fertig aufgebaute Platine
4 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung fur zwei Getriebemotoren
Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Ubersicht Inkrementalgeber Schnittstellen
Blockschaltbild
5 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung fur zwei Getriebemotoren
Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Ubersicht Inkrementalgeber Schnittstellen
Inkrementalgeber an der Motorruckseite
Randdaten
Abtastung durchHallsensoren
Quadraturausgang
Erkennung vonGeschwindigkeit undDrehrichtung
360 Impulse pro Umdrehung(hinter dem Getriebe)
6 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung fur zwei Getriebemotoren
Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Ubersicht Inkrementalgeber Schnittstellen
Quadraturausgang
Drehrichtung, Interrupt durch Pegelanderung von A
A B Phasenubergang Drehrichtung
1 1 2 → 3 rechts0 0 4 → 1 rechts1 0 1 → 4 links0 1 3 → 2 links
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Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Ubersicht Inkrementalgeber Schnittstellen
Schnittstellen
Zur Kommunikation bietet das Fahrmodul verschiedeneSchnittstellen
I2C zur Befehlsubertragung und zum Auslesen von Werten
EIA-232 zur Befehlsubertragung und Ausgabe vonDebug Informationen
LCD Schnittstelle zur Ausgabe von Debug Informationen
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Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll
Hauptschleife 1
Das Programm besteht hauptsachlich aus einem dauerhaftenSchleifendurchlauf
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Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll
Hauptschleife 2
Aktion linker/rechter Motor
Einstellen des jeweiligen Betriebsmodus
aktives Anhaltengeregeltes Vor– und Ruckwartsfahren
einmalige Ausfuhrung nicht Ausreichend
Triggeruberprufung
Zeittrigger lost nach bestimmter Zeit aus
Positionstrigger lost nach bestimmter Strecke aus
nach Auslosen eines Triggers Rad anhalten
Deaktivierung moglich
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Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll
Hauptschleife 3
Befehlserkennung
neuer Befehl vorhanden?
Befehlszeichenkette ist komplexes Kommando und wird in dieQueue eingetragen
1-Byte Kommandos reprasentieren haufig verwendeteBefehlszeichenketten und werden sofort ausgefuhrt
Befehlsauswertung
derzeitiger Befehl erledigt?
Befehlszeichenkette in der Queue vorhanden?
nachsten Befehl auswerten und ausfuhren
11 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung fur zwei Getriebemotoren
Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll
Regler 1
Geschwindigkeitsregelung
Steuerung der Drehzahl durch Puls-Weiten-Modulation
Problem: bei unterschiedlicher Belastung andert sich dieGeschwindigkeit
Losung: Implementation eines Regelalgorithmus in Software
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Regler 2
Reglergrundlagen, einfacher Regelkreis
Fuhrungsgroße (Sollwert) w , Regelgroße (Istwert) x
Regelabweichung e = w − x
Stellgroße (Reglerausgang) y , Storgroße z
Regelstrecke: PWM → Motor → Inkrementalgeber
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Regler 3
Diskreter PID-Regler setzt sich aus drei Teilen zusammen:
proportional wirkender Anteil: yPk= P · ek
integral wirkender Anteil: yIk = I ·∑k
0 ek
differentiell wirkender Anteil: yDk= D · (ek − ek−1)
Faktoren P, I und D werden empirisch bestimmt
Reglerausgang:
Summe aller Anteile: yk = yPk+ yIk + yDk
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Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll
Geradeausfahrt
Trick zum Geradeausfahren
Differenz der Impulse der Inkrementalgeber bestimmen
Differenzwert auf gemessene Ist-Werte beider Rader verteilenzum Beispiel
linkes Rad zu weit → Ist-Geschwindigkeitswert wird vergroßertrechtes Rad zu kurz → Ist-Wert wird verkleinert
dadurch wird eine Synchronisation der beiden Regler erreicht
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Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll
Protokoll
Eigenschaften des Protokolls
Ubertragung uber EIA-232 oder I2C
Befehlszeichenketten oder 1-Byte Befehle
alle Kommandos in lesbarer Form
Kommandos
D Fahre
S Fahre geradeaus
P Einstellen der Reglergroßen P, I und D
durch Angabe von Parametern sind alle Fahrmanover moglich
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Fazit der Studienarbeit
Die neue Motorsteuerung
bietet eine neue Grundlage fur autonome Fahrzeuge
lasst durch neues Antriebskonzept prazisere Fahrmanover zu
kann geradeaus fahren
ist durch groß dimensionierten Mikrocontroller und freieE/A-Ports gut erweiterbar
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Vielen Dank fur die Aufmerksamkeit.Gibt es noch Fragen?
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