Gépjármű automatikus akadályelkerülő rendszer valós idejű környezetbe integrálásához szükséges feltételek és a gyors prototípus rendszerekben való tesztelhetőség vizsgálata MATLAB/Simulink, Real Time Workshop és dSPACE Target Compiler környezetben. Szoftver és dokumentáció.

Lantos, Béla (2008) Gépjármű automatikus akadályelkerülő rendszer valós idejű környezetbe integrálásához szükséges feltételek és a gyors prototípus rendszerekben való tesztelhetőség vizsgálata MATLAB/Simulink, Real Time Workshop és dSPACE Target Compiler környezetben. Szoftver és dokumentáció. Project Report. BME.

Preview

Text 1208610.pdf Download (440kB) | Preview

Abstract

Műszaki alkalmazások az irányítástechnikában intenzíven építenek a Matlab és toolboxainak szolgáltatásaira. A Matlab licensz azonban költséges és a Matlab környezet nem biztosítja a valós idejű elvárások teljesíthetőségét. Két út kínálkozik ennek megkerülésére, az egyik Matlab licenszet nem igénylő stand-alone alkalmazások kifejlesztése host PC-re Windows vagy Linux alá, a másik pedig a Matlab alatt kifejlesztett szolgáltatás kifordítása beágyazott processzorokra vagy más gyors prototípus rendszerekre. Az előbbi több lehetőséget biztosít a toolboxok felhasználására és könnyebben bővíthet, de gyors rendszerek esetén nem képes a valós idejű elvárások kielégítésére, ezzel szemben az utóbbi gyors rendszerek valós idejű irányítására is képes, de csak a Matlab szolgáltatások egy erősen korlátozott szeletét használhatja és csakis a szabályozó Simulink modelljéből vezethető le. A pályázat korábbi fázisában stand-alone programcsomagot hoztunk létre gépjármű ütközésmentes pályatervezésére és prediktív irányítására, amely a toolbox szolgáltatások bevonása érdekében nem épített a szabályozó Simulink modelljére, ellenben kihasználta Matlab Compiler szolgáltatásait és host PC-n futtatható, Matlab licenszet már nem igénylő stand-alone programot eredményezett. A gyors valós idejű működéshez el kellett hagyni a PC-környezetet és speciális target rendszerekre kellett alapozni a megoldást. Ez az út azonban kizárta a Matlab Compiler használatát, és csakis a Simulink –> Real Time Workshop –> Target Compiler szekvenciában tette lehetővé valós idejű megoldás létrehozását. A célrendszerül (target) a Tudásközpont adottságainak megfelelően a dSPACE AutoBox rendszert választottuk. Súlyos korlátozó tényező volt, hogy a Simulink kizárja a toolboxok használatát, és bár a Simulink ú.n. embedded function (beágyazott függvény) blokkja bizonyos lehetőségeket megenged saját fejlesztés függvények bevonására, a Real Time Workshop ezek körét tovább korlátozza. A korlátozások szükségessé tették a korábbi algoritmusok átértékelését és továbbfejlesztését, a pályatervezés és irányítás Simulink alakra hozatalát, lényegében a teljes akadályelkerülési rendszer újratervezését Simulink alapon. A kutatás első fázisában mintafeladatok keretében felderítettük a Simulink –> Real Time Workshop –> Target Compiler korlátozásait, majd a kutatás második fázisában a tapasztalatokra alapozva létrehoztuk az automatikus akadályelkerülés nemlineáris prediktív irányító rendszerének Simulinkre és beágyazott függvényekre alapozott megvalósítását, és elvégeztük részletes tesztelését először csak Simulink környezetben, majd a dSPACE AutoBox rendszeren. Eközben fokozatosan elimináltuk a szoftver környezet hiányosságait a hibaüzenetek analizálása és a szoftver korlátok megkerülése révén. Az akadályelkerülő pályát differenciálgeometriai elvű (DGA) és prediktív irányítási (mozgó horizontú, RHC) módszerekkel valósítottuk meg. Prediktív irányítás esetén a szabályozó minden horizont kezdetén meghatározza a mozgó jármű (időinvariáns vagy időben változó) linearizált modelljét az aktuális állapot vagy a teljes állapot-trajektória körül, és a prediktív irányítást a mozgó horizonton belül a keletkező LTI vagy LTV rendszerre alapozza. Az irányításhoz a nem mérhető állapotokat (sebesség, oldalcsúszási szög, orientáció és deriváltja, X és Y pozíció) GPS/INS szenzorok jeleiből állapotbecsléssel határozza meg. A megvalósítás az akadályelkerülő pálya adatait jelfeldolgozott tömör kódolt formában kéri a bemenetek között. A szabályozó az állapotbecslést GPS és IMS érzékelők adataira alapozza, amelyekből a gépkocsi állapotvektorát kétszintű kiterjesztett Kalman-szűrővel határozza meg. A dSPACE AutoBox rendszeren a ControlDesk felügyelete alatt futó valós idejű szabályozó megvalósítás biztosítja a mozgó horizontú nemlineáris prediktív irányítás (RHC) pontossági elvárásaihoz szükséges 10ms mintavételi időt. Jelen fázisban a valósidejű rendszer szimulálja a gépjármű dinamikus modelljét és az érzékelők mérési folyamatát. Ezek az információk később rádiókapcsolattal és CAN buszon keresztül juttathatók el a szabályozóhoz a szabályozó végső technologizálásakor. Simulink környezetben az implementált 3 irányítási módszer (differenciálgeometriai elvű, integrátort nem tartalmazó prediktív, integrátort tartalmazó prediktív) kiválóan működött és hatékony szabályozást biztosított. A Simulink modell AutoBox környezetre is hibátlanul lefordítható volt, az első két irányítási módszer jól működött, de a harmadik irányítási módszer rejtett rendszerhibákra visszavezethetően indítás után elabortálódott. A fejlesztés során a MATLAB R2006a és a hozzátartozó Simulink, Real Time Workshop és dSPACE AutoBox szoftver és hardver környezetet használtuk. Ennek dSPACE AutoBox része az EJJT Tudásközpont tulajdona és használata hardver kulcshoz kötött, melyet a fejlesztés során a BME IIT Tanszék számára kölcsönzött. A szoftver környezet többi része a BME IIT Tanszék tulajdona.

Actions (login required)

Edit Item