Techn. Hochsch., Diss., 2005--Aachen.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Aachen.

Thesis--Technische Hochschule Aachen, 2006. / Includes bibliographical references.

Techn. Hochsch., Diss., 2005--Aachen.

Tato práce se zabývá návrhem nového řídícího systému, odolného proti chybám, pro nestabilní samo-balancující dvoukolové vozidlo typu Segway. Původní systém vozidla je podroben analýze rizikovosti jeho součástí a na základě výsledků jsou navržena opatření pro zvýšení jeho bezpečnosti. Je navržena nová topologie řídícího systému obsahující dvě samostatné řídící jednotky, redundantní senzoriku a voter. Pro řídící jednotky byl vyvinut software obsahující bezpečnostní algoritmy a mechanismy přepínání kontrolních výstupů. V práci jsou také představeny dva matematické modely vozidla různé složitosti, které jsou následně využity při HIL testování nově navrženého systému. Celý návrh byl proveden s využitím nástrojů pro Rapid Control Prototyping.

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The purpose of this thesis is to evaluate Rapid Control Prototyping which is apart of the Model-Based Design concept that makes it possible to convenientlytest prototype control algorithms directly on the real system. The evaluation ishere done by designing two different controllers, a gain-scheduled P controllerand a linear Model Predictive Controller (mpc), for the lowering of the forks of aforklift.The two controllers are first tested in a simulation environment. The thesis con-tains two different simulation models: one physical where only minor parameteradjustments are done and one estimated black-box model. After evaluating thecontrollers in a simulation environment they are tested on a real forklift with areal-time target machine.The designed controllers have different strengths and weaknesses as one is non-linear and single variable, the P controller, and the other linear and multivariable,thempc. The P controller has a smooth movement in all situations without be-ing slow, unlike thempc. The disadvantage of the P controller compared to thempcis that there is no guarantee that the P controller will keep the speed limit,whereas thempcapproach gives such a guarantee.The better performance of the P controller outweighs the speed limit guaranteeand thus a conclusion is drawn that the nonlinearities of the system has a largereffect than the multivariable aspect. Also, another conclusion drawn is that work-ing with Model-Based Design and Rapid Control Prototyping makes it possibleto test many different ideas on a real forklift without spending a lot of time onimplementation. / Syftet med detta examensarbete är att utvärdera Rapid Control Prototyping vil-ket är en del av modellbaserad utveckling som gör det möjligt att enkelt testamodeller av styralgoritmer direkt på det riktiga systemet. Utvärderingen är gjordgenom att testa två olika regulatorer, en P-regulator med parameterstyrning ochen linjär modelbaserad prediktionsregulator (mpc), för sänkningen av gafflarnapå en truck.De två regulatorerna testas först i en simuleringsmiljö. I arbetet används två olikasimuleringsmodeller: en fysikalisk där endast mindre parameterjusteringar görsoch en estimerad black-box modell. Efter att regulatorerna utvärderas i simule-ringsmiljön testas de även på en riktig truck med hjälp av automatisk kodgenere-ring och exekvering på en dedikerad hårdvaruplattform.De konstruerade regulatorerna har olika för- och nackdelar eftersom en är olinjäroch envariabel, P-regulatorn, och en är linjär men flervariabel,mpc:n. P-regulatornhar en mjuk rörelse i alla lägen utan att bli för långsam, till skillnad frånmpc:n.Nackdelen med P-regulatorn, jämfört medmpc:n är att det inte finns någon ga-ranti för att P-regulatorn håller hastighetsbegränsningen sommpc:n gör.P-regulatorns bättre prestanda överväger garantin om att hålla hastighetsbegräns-ningen och därför dras slutsatsen att olinjäriteterna i systemet överväger effekter-na av det faktum att det också är flervariabelt. En annan slutsats är att modell-baserad utveckling och Rapid Control Prototyping gör det möjligt att testa fleraolika idéer på en riktig gaffeltruck utan att spendera för mycket tid på implemen-tationen.

In this thesis, a test platform based on real-time facilities and embedded software is designed to verify the performance of a controller model in real time. By the help of this platform, design errors can be detected earlier and possible problems can be solved cost-effectively without interrupting the development process. An unmanned combat air vehicle (UCAV) model is taken as a plant model due to its importance in current and future military operations. Among several autopilot modes, the altitude hold mode is selected since it is an important pilot-relief mode and widely used in aviation. A discrete PID controller is designed in MATLAB/Simulink environment for using in verification studies. To control the dynamic system in wide range, a gain scheduling is employed where the altitude and velocity are taken as scheduling variables. Codes for plant and controller model are obtained by using real time workshop embedded coder (RTWEC) and downloaded to two separate computers, in which xPC kernel and VxWorks operating system are run, respectively. A set of flight test scenarios are generated in Simulink environment. They are analyzed, discussed, and then some of them are picked up to verify the platform. These test scenarios are run in the setup and their results are compared with the ones obtained in Simulink environment. The reusability of the platform is verified by using a commercial aircraft, Boeing 747, and its controller models. The test results obtained in the setup and in Simulink environment are presented and discussed.

Orientador: Joao Mauricio Rosario / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:27:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_LeonimerFlaviode_D.pdf: 6867936 bytes, checksum: 344026f77cc24610774519b704ddccfa (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta a proposta de implementação de um ambiente virtual de simulação para projeto e concepção de sistema de supervisão e controle para robôs móveis, que sejam capazes de operar e de se adaptar a diferentes ambientes e condições. Este sistema virtual tem como finalidade facilitar o desenvolvimento de protótipos de sistemas embarcados, enfatizando a implementação de ferramentas que permitam a simulação das condições cinemáticas, dinâmicas e de controle, com monitoração em tempo real de todos pontos lmportantes do sistema. Para isso, é proposta uma arquitetura aberta de controle, integrando as duas principais técnicas de implementação de controle robótico a nível de hardware: sistemas microprocessadores e dispositivos de hardware reconfiguráveis. O sistema simulador implementado é composto de um módulo gerador de trajetória, de um módulo simulador cinemático e dinâmico e de um módulo de análise de resultados e erros. O módulo gerador de trajetória tem a finalidade de, uma vez conhecendo-se o ambiente em que o robô irá atuar, com seus obstáculos e particularidades, gerar uma trajetória cartesiána ótima, respeitando os limites e características do robô móvel. Todos os resultados cinemáticos e dinâmicos colhidos durante a simulação podem ser avaliados e visualizados em formatos de gráficos e tabelas, no módulo de análise de resultados, permitindo que seja feito um aperfeiçoamento no sistema, no sentido de minimizar os erros com a otimização dos ajustes necessários. Para a implementação do controlador no sistema embarcado utiliza-se a prototipagem rápida, que é a tecnologia que permite, em conjunto com o ambiente virtual de simulação, o desenvolvimento de um projeto de um controlador para robôs móveis. A validação e testes foram realizados com modelos de robôs móveis não holonômicos de transmissão diferencial / Abstract: This work presents the proposal of virtual environment implementation for project simulation and conception of supervision aild control systems for mobile robots, that are capable to operate and adapting in different environments and conditions. This virtual system has as purpose to facilitate the development of embedded architecture systems, emphasizing the implementation of tools that alIow the simulation of the kinematic conditions, dynamic and control, with real time monitoring of alI important system points. For this, an open control architecture is proposal, integrating the two main techniques of robotic control implementation in the hardware level: systems microprocessors and reconfigurable hardware devices. The implemented simulator system is composed of a trajectory generating module, a kinematic and dynamic simulator module and of a analysis module of results and errors. The kinematic and dynamic simulator module makes alI simulation of the mobile robot folIowing the pre-determined trajectory of the trajectory generator. All the kinematic and dynamic results shown during the simulation can be evaluated and visualized in graphs and tables formats, in the results analysis module, allowing an improvement in the system, minimizing the errors with the necessary adjustments optimization. For controlIer implementation in the embedded system, it uses the rapid prototyping, that is the technology that allows, in set with the virtual simulation environment, the development of a controlIer project for mobile robots. The validation and tests had been accomplish with nonholonomics mobile robots models with diferencial transmission / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Joao Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T16:00:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Passos_WlamirdeAlmeida_M.pdf: 6622683 bytes, checksum: 09020aa002fe289905bdd3821461cf35 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Durante os últimos anos tem ocorrido uma grande evolução tecnológica na área de sistemas embarcados, abrangendo inovações tanto em hardware como em software. Tais inovações permitem o desenvolvimento de novas metodologias de projeto que levem em conta a facilidade de futuras modificações, modernizações e expansões do sistema projetado. Este trabalho apresenta um estudo de novas ferramentas de projeto para sistemas baseados em lógica reconfigurável. A principal motivação deste trabalho é a apresentação de ferramentas para prototipagem rápida baseadas em computação reconfigurável para implementação de protótipos de sistemas Embarcados. Será abordada a evolução deste tipo de tecnologia bem como os softwares de desenvolvimento disponíveis. Será também abordado um estudo de caso na área de Acionamento e Controle de Sistemas Mecatrônicos bem como a sua implementação e teste utilizando-se a técnica HIL - Hardware In the Loo / Abstract: In the last years, there has been a great technologic evolution in the embedded systems area, covering innovations both in hardware and software. Those innovations allow the development of new project methodologies that considers the facility of future modifications, upgrades and expansions for the system. This work shows a study about new design tools made for systems based on reconfigurable computation. The main motivation of this work is the presentation of tools for fast prototyping based on prototyping seeking the implementation of prototypes of embedded systems. It will be discussed the evolution of this type of technology as well as the available development software. It will be also discussed a case study on mechatronic control system as well as it¿s implementation and tests using Hardware In the Loop (HIL) techniques / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica