Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
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- Dominic Lars Kappel
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1 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren Studienarbeit, Abschlussvortrag T. K. Technische Universität Braunschweig Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund 19. Februar T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
2 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Übersicht 1 Motivation 2 Hardware Übersicht Inkrementalgeber Schnittstellen 3 Software Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll 4 Fazit 2 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
3 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Motivation Probleme bei der derzeitigen Motorsteuerung geringe Geschwindigkeit durch Einsatz von Servomotoren keine exakte Positionsbestimmung möglich Geradeausfahren über längere Strecken sehr schwierig Was bietet die neue Steuerung? höheres Tempo durch Getriebemotoren genauere Positionsauflösung durch Inkrementalgeber Geradeausfahrt durch Kopplung der Räder in Software 3 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
4 U bersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende U bersicht Inkrementalgeber Schnittstellen Fertig aufgebaute Platine 4 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung fu r zwei Getriebemotoren
5 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Übersicht Inkrementalgeber Schnittstellen Blockschaltbild 5 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
6 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Übersicht Inkrementalgeber Schnittstellen Inkrementalgeber an der Motorrückseite Randdaten Abtastung durch Hallsensoren Quadraturausgang Erkennung von Geschwindigkeit und Drehrichtung 360 Impulse pro Umdrehung (hinter dem Getriebe) 6 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
7 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Übersicht Inkrementalgeber Schnittstellen Quadraturausgang Drehrichtung, Interrupt durch Pegeländerung von A A B Phasenübergang Drehrichtung rechts rechts links links 7 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
8 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Übersicht Inkrementalgeber Schnittstellen Schnittstellen Zur Kommunikation bietet das Fahrmodul verschiedene Schnittstellen I 2 C zur Befehlsübertragung und zum Auslesen von Werten EIA-232 zur Befehlsübertragung und Ausgabe von Debug Informationen LCD Schnittstelle zur Ausgabe von Debug Informationen 8 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
9 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll Hauptschleife 1 Das Programm besteht hauptsächlich aus einem dauerhaften Schleifendurchlauf 9 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
10 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll Hauptschleife 2 Aktion linker/rechter Motor Einstellen des jeweiligen Betriebsmodus aktives Anhalten geregeltes Vor und Rückwärtsfahren einmalige Ausführung nicht Ausreichend Triggerüberprüfung Zeittrigger löst nach bestimmter Zeit aus Positionstrigger löst nach bestimmter Strecke aus nach Auslösen eines Triggers Rad anhalten Deaktivierung möglich 10 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
11 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll Hauptschleife 3 Befehlserkennung neuer Befehl vorhanden? Befehlszeichenkette ist komplexes Kommando und wird in die Queue eingetragen 1-Byte Kommandos repräsentieren häufig verwendete Befehlszeichenketten und werden sofort ausgeführt Befehlsauswertung derzeitiger Befehl erledigt? Befehlszeichenkette in der Queue vorhanden? nächsten Befehl auswerten und ausführen 11 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
12 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll Regler 1 Geschwindigkeitsregelung Steuerung der Drehzahl durch Puls-Weiten-Modulation Problem: bei unterschiedlicher Belastung ändert sich die Geschwindigkeit Lösung: Implementation eines Regelalgorithmus in Software 12 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
13 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll Regler 2 Reglergrundlagen, einfacher Regelkreis Führungsgröße (Sollwert) w, Regelgröße (Istwert) x Regelabweichung e = w x Stellgröße (Reglerausgang) y, Störgröße z Regelstrecke: PWM Motor Inkrementalgeber 13 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
14 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll Regler 3 Diskreter PID-Regler setzt sich aus drei Teilen zusammen: proportional wirkender Anteil: y Pk = P e k integral wirkender Anteil: y Ik = I k 0 e k differentiell wirkender Anteil: y Dk = D (e k e k 1 ) Faktoren P, I und D werden empirisch bestimmt Reglerausgang: Summe aller Anteile: y k = y Pk + y Ik + y Dk 14 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
15 Übersicht 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 Räder verteilen zum Beispiel linkes Rad zu weit Ist-Geschwindigkeitswert wird vergrößert rechtes Rad zu kurz Ist-Wert wird verkleinert dadurch wird eine Synchronisation der beiden Regler erreicht 15 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
16 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Hauptschleife Regler Geradeausfahrt Protokoll Protokoll Eigenschaften des Protokolls Übertragung über EIA-232 oder I 2 C Befehlszeichenketten oder 1-Byte Befehle alle Kommandos in lesbarer Form Kommandos D Fahre S Fahre geradeaus P Einstellen der Reglergrößen P, I und D durch Angabe von Parametern sind alle Fahrmanöver möglich 16 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
17 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Fazit der Studienarbeit Die neue Motorsteuerung bietet eine neue Grundlage für autonome Fahrzeuge lässt durch neues Antriebskonzept präzisere Fahrmanöver zu kann geradeaus fahren ist durch groß dimensionierten Mikrocontroller und freie E/A-Ports gut erweiterbar 17 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
18 Übersicht Motivation Hardware Software Fazit Ende Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. Gibt es noch Fragen? 18 T. K. Entwicklung einer Motorsteuerung für zwei Getriebemotoren
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