Ontwerp en Implementatie van een

ABS op een LEGO-wagentjeTussentijdse presentatie 21 april 2006

Stijn De Smedt, Thomas Dekeukelaere, Pieter Roels & Kenny Van Heuverswijn

VOP 1e proef Werktuigkunde-Elektrotechniek 2005-2006

1. Bouw van de wagen

2. Ontwerp controller

3. Software/implementatie

4. Te doen

5. Tijdsmanagement

1. Bouw van de wagen

- Wagen afgewerkt en getest

� Succes! Alles werkt, (voorlopig) niets kapot

Bouw: afgewerkt

Eigenschappen en karakteristieken

Probleem

- Massa, krachtverdeling op de wielen

- Traagheidsmoment van de wielen, weerstandsmoment

van de encoders

- Motorkarakteristiek bepalen

- Uitlijning van de voorwielen

2. Ontwerp controller

Simulink schema

Schatting mechanische tijdsconstante

Pulsen per 20ms

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

tijd(sec)

aanta

l puls

en

Pulsen per 20ms

Verband slip en wrijvingscoëfficiënt tussen wiel en weg

Gedrag van de motor via motorkarakteristiek

eI = Applied voltage (volts)

ia = Armature current (amps)

JT = Total inertia of motor armature plus load (lb-in-

sec2)

Ke = Motor voltage constant (v/rad/sec)

KT = Motor torque constant (lb-in/A)

La = Motor winding inductance (Henries)

Ra = Armature resistance (ohms)

TL = Load torque (lb-in)

Vm = Motor velocity (rad/sec)

Alternatief: model motor bepalen

→ zeer moeilijk

Regelstrategie

wij kiezen hoogste slipwaarde als ingang van de controller

hoogste gevaar voor instabiliteit of wheel lock up.

andere (kleinste) slipwaarde zal waarschijnlijk steeds binnen het

stabiele gebied blijven

Ontwerp

met behulp van Simulink en relaistest (Kaiser-Raika)

3. Software/implementatie

Aansturing van de wagen

sturing in Interactive C werkt naar behoren

(voorlopig) geen problemen

Computerimplementatie PID-regelaar

via snelheidsalgoritme

( ) ( ) ( ) ( ) ( )0 1 2

0 1 2

1 1 2

1 ; 1 2 ;s d d dp p p

i s s s

u k u k c e k c e k c e k

T T T Tc K c K c K

T T T T

= − + + − + −

= + + = − + =

met Ts de sampling periode en Kp, Ti & Td PID-parameters

zie cursus Modelleren en Regelen van Dynamische Systemen

Problemen

1. Encoders geven foutieve waarden

lage snelheid → geen probleem

48 pulsen/s = 1 omwenteling/s

hoge snelheid → veel te hoge waarden

vermoedelijk door bouncing

van de encoders

Output encoders

0

200

400

600

800

0 5 10 15 20 25 30 35

meetpunt (per 0.1 seconde)

puls

en p

er

seconde

Berekende snelheid (km/h)

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25 30 35

meetpunt (per 0.1 seconde)

snelh

eid

(km

/h)

Wat is bouncing?

normale blokgolf vibreren van contacten

Mogelijke oplossingen:

a. hardware aanpassen: andere encoders

→ geen optie wegens tijdsgebrek

b. softwarematig filteren van valse pulsen

→ maximumsnelheid gemeten op ±25 km/h

→ legt minimumtijd tot volgende transitie vast

→ gedurende deze tijd geen encoder counts tellen

mogelijks te

veel tellingen

2. Draadloze aansturing via Bluetooth

→ nog niet beschikbaar

Nog te doen

1. framework programmeren zodat enkel PID-parameters in te vullen

2. minimumtijd bepalen voor volgende transitie (blokgolfanalyse) en

strategie schrijven om bouncing-effect te minimaliseren

3. bepalen (bij testen) aan welke (lage) snelheid de ABS best afslaat

4. draadloze aansturing verder bekijken noodzakelijk

4. Te doen

- Tb=Ta+Td

* Ta → algemeen remkoppel

* Td → deviatiekoppel

- bijsturen → tijdsconste ?

- per 10% van vermogen bijsturen → voldoende

- snelheid aanwezig in blokdiagram → robuustheid?

Problemen

} gewoon optellen?

Taakverdeling• Stijn: - uitlijnen wagen

- remmen

• Kenny: Software implementatie

• Pieter & Thomas: - blokdiagram (Simulink)

- ontwerp controller (PID)

5. Tijdsmanagement

- 24/03: bouw wagentje moet af

- 31/03: basistesten (werkt alles naar behoren ?) + praktische

studie/monitoren van het probleem

- 3/04-17/04: bedenken regelstrategie (blokdiagram) + bepalen

karakteristieken

- 21/04-28/04: ontwerp controller en algoritme + 1e testen

- 5/05: Verdere testen + ev. verbeteringen

poster + bundel

- 12/05: Uitvoeren proef

- 19/05: postervoorstelling

Vragen?