1. Universidade de Vigo E.U.E.T.I. Departamento de Enxeara Automtica Proxecto Fin de CarreiraESTUDO HARDWARE E SOFTWARE DUN SISTEMA DE AUTO-EQUILIBRIO AUTOR: Emmanuel Ponte Varela TITOR: Celso Fernndez Silva Curso 2009-2010 2. NDICE

2. OBXECTIVOS

3. ANLISE DOS ELEMENTOS PRINCIPAIS

4. ESTUDO HARDWARE

5. ESTUDO SOFTWARE (FUNCIONAMENTO DO SISTEMA)

6. MELLORAS IMPLANTADAS

7. CONCLUSINS

8. PREGUNTAS E DEMOSTRACIN

1. INTRODUCIN

3. 1. INTRODUCIN

QUE UN SEGWAY?

Sistema autoequilibrado

Inclinacin do condutor

MOVEMENTO

Funcionamento anlogo ao do pndulo invertido

4. 2. OBXECTIVOS

ESTUDO DO FUNCIONAMENTO DO SISTEMA

MELLORAS INTRODUCIDAS

Clculo do ngulo de inclinacin

5. 3. ANLISE DOS ELEMENTOS PRINCIPAIS

3.1 MOTORES

3.3 PANCA DE CONDUCIN

3.2 BATERAS

3.4 SENSORES

VOLVER

3.5 SISTEMA DE CONTROL

6. 3.1 MOTORES

Motor c.c., 24V e 500W

Controlados por PWM

2 sinaisde control e un controlador de ponte H.

VOLVER

7. 3.2 BATERAS

VOLVER

Casa CTM (China)

Tensin: 12V, 9Ah

cido de chumbo

8. 3.3 PANCA DE CONDUCIN

VOLVER

POTENCIMETRO DE XIRO

TENSIN PROPORCIONAL AO GRADO DE INCLINACIN

9. 3.4 SENSORES

VOLVER

Control do equilibrio

Xirscopo IDG300 de Invensense

Acelermetro ADXL320 de Analog Devices

Control da corrente que pasa aos motores

Sensor de corrente ACS755SCB-100 de Allegro

10. XIRSCOPO IDG300

Tensin en funcin da velocidade angular que percibe

VANTAXE

Fibel anda que sufra aceleracins

INCONVENIENTE

Acumulacin de erro co tempo

Outras caractersticas

Dous eixos para medi-la velocidade angular

Rango de funcionamento: 500 /s

Sensibilidade: 2 mV//s

11. ACELERMETRO ADXL320

Tensin en funcin da aceleracin que percibe

VANTAXE

Non se ve afectado polo tempo, a diferenza do xirscopo

INCONVENIENTE

Afctanlle todo tipo de aceleracins

Outras caractersticas

Dous eixos para medi-la aceleracin sufrida

Rango de funcionamento: 5 g

Sensibilidade: 174 mV/g

12. 3.4 SENSORES

Control do equilibrio

Xirscopo IDG300 de Invensense

Acelermetro ADXL320 de Analog Devices

Control da corrente que pasa aos motores

Sensor de corrente ACS755SCB-100 de Allegro

13. SENSOR DE CORRENTE ACS755SCB-100

Tensin en funcin da corrente que pasa a travs del.

Outras caractersticas

Tensin mxima que soporta: 3.5 KV

Intensidade mxima: 200 A

Sensibilidade: 40 mV/Aa 25

Control do paso de corrente

Entornos industriais

14. 3. ANLISE DOS ELEMENTOS PRINCIPAIS

3.1 MOTORES

3.3 PANCA DE CONDUCIN

3.2 BATERAS

3.4 SENSORES

VOLVER

3.5 SISTEMA DE CONTROL

15. 3.5 SISTEMA DE CONTROL

Placa dos sensores

Placa nai

Atmega32

Attiny25

16. ATMEGA32 ATTINY25

32 Kbytes de memoria flash

2 timer/contadores de 8 bits e 1 de 16 bits

1 Kbyte de memoria EEPROM

2 Kbytes de memoria SRAM

Porto de programacin JTAG e ISP

8 canais de 10 bits de ADC

4 canais PWM

2 Kbytes de memoria flash

2 timer/contadores de 8 bits

128 bytes de memoria EEPROM

128 bytes de memoria SRAM

Porto de programacin ISP

6 canais de 10 bits de ADC

4 canais PWM

17. NDICE

2. OBXECTIVOS

3. ANLISE DOS ELEMENTOS PRINCIPAIS

4. ESTUDO HARDWARE

5. ESTUDO SOFTWARE (FUNCIONAMENTO DO SISTEMA)

6. MELLORAS IMPLANTADAS

7. CONCLUSINS

8. PREGUNTAS E DEMOSTRACIN

1. INTRODUCIN

18. 4. ESTUDO HARDWARE 4.1 PLACA NAI 4.2 PLACA FILLA (sensores) 4.3 MODO DE COMUNICACIN

VOLVER

19. 4. PLACA NAI

VOLVER

20. 4.2 PLACA FILLA (sensores) 21. Como comunicarnos co dispositivo? Programacin serie SPI 4.3 MODO DE CONEXIN (1/2) Habilita-la programacin(reset vel_max Desactiva correccin do ngulo Activa correccin do ngulo Amosa o estado da batera FIN Utiliza un filtro PID interactivo para calcula- la velocidade que deberate-lo segway ALGO FIN PROCESS Clculo da entrada do potencimetro para os xiros a esquerda e dereita.Dependendo da velocidade que se leve actuarase no xiro. Chequeo do indicador de corrente. Modos de funcionamento. Mode = Warm Up Warm Up Mode = Stand By Stand By Mode = Run Run Mode = Down Down FIN Limita a velocidade calculada a uns mximos. Con esa velocidade establece as actuacins dos motores. SET PWM FIN ERR_VALUE Ilumina o LED 3 unha serie de vecesdependendo do erro polo que foi chamada. Espera 2 segundos. 28. NDICE

2. OBXECTIVOS

3. ANLISE DOS ELEMENTOS PRINCIPAIS

4. ESTUDO HARDWARE

5. ESTUDO SOFTWARE (FUNCIONAMENTO DO SISTEMA)

6. MELLORAS IMPLANTADAS

7. CONCLUSINS

8. PREGUNTAS E DEMOSTRACIN

1. INTRODUCIN

29. 6. MELLORAS IMPLANTADAS CLCULO DE ngulo de inclinacin Velocidade angular FILTRO DE KALMAN-BUCY 30.

Sistema

Modelo estocstico lineal

Erro asociado

Media = 0

Varianza coecida

FILTRO DE KALMAN-BUCY INICIO Iniciacin devaribeis Config. Timer0 para interrupcin e CAD Calibracins iniciais:

Chequeo do pulsador de p (ver se algun est montado no vehculo). 31. Clculo da posicin inicial, se esta non de equilibrio dar erro.

Activacin da interrupcin RUTINA PRINCIPAL Esperando.Todo se realiza por interrupcin 32.

Sistema de estimacin recursiva

Pronstico

Correccin

FILTRO DE KALMAN-BUCY INICIO Iniciacin devaribeis Config. Timer0 para interrupcin e CAD Calibracins iniciais:

Chequeo do pulsador de p (ver se algun est montado no vehculo). 33. Clculo da posicin inicial, se esta non de equilibrio dar erro.

Activacin da interrupcin RUTINA PRINCIPAL Esperando.Todo se realiza por interrupcin 34.

Ecuacins de pronstico

Ecuacins de correccin

Necesito coecer:

MnxnMmxnMnxnMmxm 35. ADAPTACIN DO FILTRO

Medida do ngulo de inclinacin

Acelermetro

Xirscopo

36. XIRSCOPO IDG300

Tensin en funcin da velocidade angular que percibe

VANTAXE

Fibel anda que sufra aceleracins

INCONVENIENTE

Acumulacin de erro co tempo

Outras caractersticas

Dous eixos para medi-la velocidade angular

Rango de funcionamento: 500 /s

Sensibilidade: 2 mV//s

37. ACELERMETRO ADXL320

Tensin en funcin da aceleracin que percibe

VANTAXE

Non se ve afectado polo tempo, a diferenza do xirscopo

INCONVENIENTE

Afctanlle todo tipo de aceleracins

Outras caractersticas

Dous eixos para medi-la aceleracin sufrida

Rango de funcionamento: 5 g

Sensibilidade: 174 mV/g

38.

Pronstico

Xirscopo

Correccin

Acelermetro

ADAPTACIN DO FILTRO 39.

Ec. de pronstico

Ecuacins adaptadas

Ec. de correccin

40. Angulo (t-1) Angulo*(t) Angulo*(t) Gbias (t-1) Gbias (t-1) + + + + + + + + - -

Diagrama de bloques do filtro de Kalman adaptado

41. 7. CONCLUSINS

Realizouse o estudo do sistema

Uso do filtro Kalman-Bucy

Maior precisin

Maior rapidez

Maior comodidade

Realizronse as melloras

42. 8. PREGUNTAS E DEMOSTRACIN ?