Entwicklung einer Motorsteuerung f ur zwei Getriebemotoren · bietet eine neue Grundlage f ur autonome Fahrzeuge l asst durch neues Antriebskonzept pr azisere Fahrman over zu kann

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

1 Motivation

2 HardwareUbersichtInkrementalgeberSchnittstellen

3 SoftwareHauptschleifeReglerGeradeausfahrtProtokoll

4 Fazit



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


Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Ubersicht Inkrementalgeber Schnittstellen

Fertig aufgebaute Platine



Blockschaltbild



Inkrementalgeber an der Motorruckseite

Randdaten

Abtastung durchHallsensoren

Quadraturausgang

Erkennung vonGeschwindigkeit undDrehrichtung

360 Impulse pro Umdrehung(hinter dem Getriebe)



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



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


Ubersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll

Hauptschleife 1

Das Programm besteht hauptsachlich aus einem dauerhaftenSchleifendurchlauf



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



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



Regler 1

Geschwindigkeitsregelung

Steuerung der Drehzahl durch Puls-Weiten-Modulation

Problem: bei unterschiedlicher Belastung andert sich dieGeschwindigkeit

Losung: Implementation eines Regelalgorithmus in Software



Regler 2

Reglergrundlagen, einfacher Regelkreis

Fuhrungsgroße (Sollwert) w , Regelgroße (Istwert) x

Regelabweichung e = w − x

Stellgroße (Reglerausgang) y , Storgroße z

Regelstrecke: PWM → Motor → Inkrementalgeber



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



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



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



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



Vielen Dank fur die Aufmerksamkeit.Gibt es noch Fragen?


Documents

Entwicklung einer Motorsteuerung f ur zwei Getriebemotoren · bietet eine neue Grundlage f ur autonome Fahrzeuge l asst durch neues Antriebskonzept pr azisere Fahrman over zu kann