ArduMower: Regler

Dieser Wiki-Beitrag ist Teil eines Projektes, welches im Rahmen vom Fachpraktikum Elektrotechnik im 6. Semester und 7. Mechatronik absolviert wurde. Ziel des Beitrags ist es, eine nachhaltige Dokumentation zu schaffen, welche die Ergebnisse festhält und das weitere Arbeiten am Projekt ermöglicht.

Autoren: Marcel Kreuer

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Schneider, Prof. Dr.-Ing. Mirek Göbel

Einleitung

Dieser Artikel beschreibt die Implementierung des Reglers eines Mähroboters. Ziel ist es eine Regelung der Radgeschwindigkeiten zu erreichen, sodass der Mähroboter die von der Strategie errechneten Wege trotz Störeinflüssen befahren kann.

Anforderungen

Sowohl im Lasten als auch im Pflichtenheft finden sich keine direkten Anforderungen an eine Regelung der Fahrt des Mähroboters. Sie ist jedoch essential wichtig um beispielsweise die Fahrt zur Ladestation, das Umsetzen einer Mähstrategie, das vollständige Mähen der Fläche und die Anforderung an die Verarbeitungszeit zu erfüllen

Um eine Umsetzung des Reglers zu spezifizieren wurden folgende Anforderungen an die Karte gestellt

ID	Inhalt	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1	Der Regler hat folgende Eingangsgrößen. Den euklidischen Abstand zum Soll-Kurs: Abstand_Soll_Kurs Die mittlere Geschwindigkeit des Roboters in PWM: PWM_Sollgeschwindigkeit	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017
2	Der Regler hat folgende Ausgangsgrößen. PWM Geschwindigkeit der linken Motors: PWM Motor Links PWM Geschwindigkeit des rechten Motors: PWM Motor Rechts	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017
3	Der Roboter muss aus Entfernungen von bis zu 1,5 Metern zum Soll-Kurs, zurück zum Sollkurs finden.	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017
4	Der Roboter muss aus einer Entfernung von 1 Meter, binnen 3 Metern zurück auf dem Soll-Kurs sein.	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017
5	Der Roboter darf bei der Regelung im vorgeschriebenen Funktionsbereich nicht mehr als 30 cm überschwingen.	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017
6	Die Regler muss zyklisch aktualisiert werden.	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017
7	Die Umsetzung muss als Simulink-Modell erfolgen.	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017
8	Die Implementierung muss nach dem Prinzip eines PID-Reglers geschehen.	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017
9	Die Implementierung muss ohne Beeinträchtigung der Laufzeit erfolgen.	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017
10	Bei Kommentierung und Dokumentation muss sich an die Projektrichtlinien gehalten werden.	Marcel Kreuer	05.10.2017	Simon Kohfeld	05.10.2017

Funktionaler-/Technischer Systementwurf

Bei der Größe des zu erstellenden Modells werden die Schritte Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf des V-Modells zusammen gelegt und bereits Schnittstellen zwischen den einzelnen Blöcken definiert.

1. Aufgrund der geringen Komplexität des Reglers wird dieser in einem Block implementiert.

Komponenten Spezifikation

Das Modell des Reglers wird als Komponente aufgefasst, d.h. in einem Block Regler dem späteren Hauptprogramm zur Verfügung gestellt.

Dabei wird wie folgt vorgegangen.

Zunächst wird aus dem Abstand zum Soll-Kurs und dem Soll_Abstand eine Abweichung berechnet. Diese wird mit einem Multiplikationsfaktor(P-Anteil) verrechnet Parallel wird die Abweichung auch an einem Integrator (I-Anteil) und an einen Differentiator mit vorgeschaltetem Filter verrechnet. Die drei Anteile bilden addiert die Stellgröße. Von der Mittleren Geschwindigkeit der Räder wird die Steilgröße einmal Abgezogen und einmal Addiert, so dass sich unterschiedliche Werte für das Linke und Rechte Rad ergeben. Diese Werte werden auf 255 begrenzt.

Komponententest

Da es sich bei dieser Entwicklung um die einer einzelnen Komponente handelt, schließt der Komponententest mit dem Testbericht die Entwicklung ab.

ID	Testfallbeschreibung	Eingänge x,y,PosAlt,Ausrichtung,Karte,Bumper,Ultraschall,Perimeterschleife	Erwartetes Ergebnis	Testergebnis	Testperson	Datum
1	Der Mäher fährt kein Feld weiter.	0.1, 0.0, [0;0], 0, Karte, 0, 0, 1000	Kein neues Feld wird blau markiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
2	Der Mäher fährt auf der Perimeterschleife.	0.6, 0.0, [0.3;0.0], 0, Karte, 0, 0, 1000	Neues Feld wird blau markiert, altes Feld wird rot markiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
3	Der Mäher fährt ein Feld weiter.	0.3, 0.0, [0;0], 0, Karte, 0, 0, 1000	Neues Feld wird blau markiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
4	Der Mäher trifft auf ein Hindernis.	34.0, 4.0, [33.7;4.0], 0, Karte, 1, 0, 1000	Neues Feld wird magenta markiert, altes Feld wird hellgrün markiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
5	Das überschreitet die Perimeterschleife in unbekanntes Gebiet.	0.0, 3.0, [0.3;3.0], 0, Karte, 0, 0, 1000	Neues Feld wird weiß markiert, altes Feld wird rot markiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
6	Das Fährt auf ungemähtem Rasen.	0.6, 0.6, [0.3;0.3], 0, Karte, 0, 0, 1000	Neues Feld wird blau markiert, altes Feld wird hellgrün markiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
6b	Das Fährt auf gemähtem Rasen.	0.6, 0.6, [0.3;0.3], 0, Karte, 0, 0, 1000	Neues Feld wird blau markiert, altes Feld wird hellgrün markiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
7	Der Mäher fährt mit fester Zykluszeit eine simulierte Mäanderfahrt.	Mäander simuliert, *,*,*, 0, Karte, 0, 0, 1000	Die Karte wird zyklisch aktualisiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
8	Einbindung des Matlab-Skriptes in Simulink.	Mäander simuliert in Simulink	Die Karte wird zyklisch aktualisiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
9	Test der Eingangsparameter	Variation der Eingangsparameter	Die Karte wird zyklisch gemäß Anforderungen aktualisiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
10	Test der Ausgangsparameter	Variation der Eingangsparameter	Die Karte wird zyklisch gemäß Anforderungen aktualisiert.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
11	Laufzeitmessung	0.3, 0.0, [0;0], 0, Karte, 0, 0, 1000	Die Initialisierung muss 1s und die zyklische Darstellung muss 1ms unterschreiten.	OK	Marcel Kreuer	24.01.2018
12	Kommentierung und Dokumentation entsprechen den Projektrichtlinien	-	Code Review, Artikel-Review	OK	Prof. Dr.-Ing. Schneider,	24.01.2018

Ansatzpunkte für die Fortführung des Ardumower Projektes

Pinbelegung der Motortreiber auf der Ardumower Platine

Geschwindigkeit links: PWM Pin 3

Geschwindigkeit rechts: PWM Pin 5

Richtung links: Digital Pin 31

Richtung rechts: Digital Pin 33

Link zum Quelltext in SVN

SVN: ArduMower Regler.slx

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