Estudo hardware e software dun sistema de Auto-equilibrio
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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 ?