Kravspecifikation. Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil. Version 1.1 Joel Lejonklou 26 november 2012

Transkript

1 Kravspecifikation Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil Version. Joel Lejonklou 26 november 202 Status Granskad Simon Eiderbrant 26 November 202 Godkänd Kurskod: TSRT0 E-post:

2 Projektidentitet Grupp-e-post: Hemsida: Beställare: Kund: Kursansvariga: Handledare: Kristoffer Lundahl, Avdelningen för Fordonssystem vid LiTH Telefon: +46 (0) , E-post: Daniel Axehill, Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH Telefon: +46(0) , E-post: David Törnqvist, Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH Telefon: +46 (0) , E-post: Daniel Axehill, Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH Telefon: +46(0) , E-post: Isak Nielsen, Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH Telefon: +46 (0) , E-post: Gruppmedlemmar Namn Ansvar Telefon E-post Joel Lejonklou Projektledare joele569 Simon Eiderbrant Dokumentansvarig simei865 Erik Olsson Designansvarig eriol622 Fredrik Karlsson Testansvarig freca476 Thomas Barath Leveransansvarig thoba099 Erhan Konuskan Informationsansvarig erhko279

3 Dokumenthistorik Version Datum Gjorda förändringar Signatur Granskad av 0. 2 september Första utkast Alla Alla september Andra utkast Alla Alla.0 20 september Slutdokument Alla Alla. 22 november Reviderade krav Alla Alla Kurskod: TSRT0 E-post: joele569@student.liu.se

4 Innehåll Inledning. Parter Syfte och mål Användning Definitioner Översikt av systemet 2 2. Hårdvara Bilbanan Bilarna Kamerorna Datorn Handkontrollen Mjukvara Målföljning Regulatorn Optimal trajektoria Bilmodellen Referensinterface Begränsningar Projektdesign Generella systemkrav Bilmodellen 4 3. Krav på bilmodellen Framtagning av optimal trajektoria 4 4. Krav på optimal trajektoria Regulator 4 5. Krav på regulatorn Ekonomi 5 7 Leveranskrav och delleveranser 5 8 Övrigt 6

5 Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil Inledning Detta projekt går ut på att förbättra ett befintligt styrsystem för en radiostyrd bil (RCbil). I första hand ska modellen för RC-bilens dynamik förbättras och utifrån denna ska den optimala trajektorian som bilen ska köra runt på beräknas om. Med hjälp av dessa förbättringar ska varvtiden minskas. I andra hand finns det även utvecklingsmöjligheter i regulatorn och övriga delar av styrsystemet. Tanken är att eventuella åskådare ska få en känsla av det verkligen går så fort som det bara går. I dagsläget finns ett system som projektgruppen får tillgång till. Extra funktioner, såsom failsafesystem och anti-sladdsystem, ska inte vidareutvecklas under detta projekt. I detta dokument behandlas kraven som ska vara uppfyllda vid leverans. Dessutom ges en kort översikt av systemet. Utöver kraven på själva systemet finns även leveranskrav på dokument. De olika kraven listas med löpnummer, original/reviderat, sammanfattning samt vilken prioritet kraven har. De olika prioritetsnivåerna är följande: Prio Prio 2 Prio 3 Krav som måste vara uppfyllt vid leverans. Krav som om möjligt uppfylls då alla Prio -krav är uppfyllda. Krav som uppfylls i mån av tid och intresse.. Parter Kund är Daniel Axehill vid Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH. Beställare är Kristoffer Lundahl vid Avdelningen för Fordonssystem vid LiTH. Gruppens handledare är Isak Nielsen vid Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH. Samtliga projektmedlemmar studerar Y-linjen vid Linköpings Universitet. Mer om projektorganisationen finns att läsa i dokumentet Projektplan..2 Syfte och mål Syftet med projektet är att vidareutveckla ett befintligt styrsystem för en autonom radiostyrd bil. Systemet klarar i dagsläget av att manövrera bilen längs en offline-beräknad bana. Målet är att förbättra systemet..3 Användning Tanken är att systemet ska användas som demonstration, laborationsmoment och studentprojekt vid ISY..4 Definitioner Fortsättningsvis kommer bilbanan, som ISY försett projektgruppen med, benämnas som banan. Optimala trajektorian syftar på den väg, som givet bilmodellen, minimerar bilens varvtid. Kraven på systemet kommer preciseras enligt följande tabell: Krav nr X Original/Reviderat Kravtext Prio Kurskod: TSRT0 E-post: joele569@student.liu.se

6 Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 2 2 Översikt av systemet I detta avsnitt ges en översiktlig beskrivning av delsystemen. 2. Hårdvara Systemet som används består av fem olika hårdvarukomponenter: Bilbanan Bilarna Kamerorna Handkontrollen Datorn 2.. Bilbanan Banan utgörs av flera sammansatta gummiplattor. För att bibehålla banans form är dessa plattor monterade innanför en träram Bilarna RC-bilarna, med en längd på ungefär 0 cm, utgörs av ett chassi och en kaross. Bilarna drivs vidare av ett batteri Kamerorna Ovanför banan finns två IR-kameror, vars uppgift är att förse datorn med bilder så att positionering av bilarna kan ske Datorn Datorn har i uppgift att behandla bilderna som kamerorna skickar och utifrån dessa styra bilen runt banan Handkontrollen Handkontrollen används till att köra bilarna manuellt. 2.2 Mjukvara Mjukvarumässigt består systemet av fem huvudkomponenter: Målföljningssystemet (redan implementerat) Regulatorn System för att beräkna optimal trajektoria. Kurskod: TSRT0 E-post: joele569@student.liu.se

7 Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 3 Bilmodellen Referensinterface (redan implementerat) 2.2. Målföljning Målföljningen har redan implementeras och kommer inte behandlas ytterligare Regulatorn Regulatorns uppgift är att reglera bilen utefter den optimala trajektorian. I dagsläget utgörs regulatorn av en enkel LQ-regulator. I mån av tid kommer regulatorn vidareutvecklas Optimal trajektoria Den optimala trajektorian beräknas offline med hänsyn till bilmodellen Bilmodellen Bilmodellen beskriver hur bilarna rör sig på banan Referensinterface Referensinterfacet är en länk mellan en referenstrajektoria, som bestämts offline, och regulatorn som körs online. Givet bilens position returnerar delsystemet de transformerade mätningar som regulatorn återkopplar från. 2.3 Begränsningar Projektet begränsas av den utrustning som tillhandahållits av ISY, samt tid på 240 timmar per person. 2.4 Projektdesign Projektet bygger i första hand på fjolårets projekt och därmed kommer befintlig kod att användas. I övrigt görs de implementeringar som krävs för att uppnå projektets mål. 2.5 Generella systemkrav Detta är generella krav som ställs på systemet. Kurskod: TSRT0 E-post: joele569@student.liu.se

8 Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 4 Orginal, omförhandlat 23 Tillkommet, ersätter krav 24 Tillkommet, ersätter krav Vid autonom körning ska bilen kunna köra tjugo på varandra följande varv, på en varvtid under sju sekunder. Vid autonom körning ska bilen kunna köra tio på varandra följande varv, på en varvtid under nio sekunder. Vid autonom körning ska bilen kunna köra två på varandra följande varv, på en varvtid under sju sekunder. 3 Bilmodellen Bilmodellen ska förbättras från tidigare projekt. Detta ska bekräftas vid simulering. Modellen ska sedan användas för att beräkna den optimala trajektorian. 3. Krav på bilmodellen 2 Original Validering och verifiering av bilmodellen som tagits fram under sommarprojekt ska genomföras. 3 Original En adaptiv modell för slitage av däcken ska finnas. 2 4 Original En adaptiv modell för batteriet ska finnas. 2 4 Framtagning av optimal trajektoria Utifrån optimeringsmetoder ska en optimal trajektoria för bilen tas fram. Denna ska sedan skickas till referensinterfacet som använder denna samt bilens skattade position för att skicka en referenssignal till regulatorn. 4. Krav på optimal trajektoria 5 Original En fysikaliskt möjlig, tidsoptimal trajektoria, med en sluttid på under sju sekunder ska tas fram. 6 Original Den optimala lösningen ska vara fri från oscillativa beteenden och diskontinuiteter. 5 Regulator En regulatorn ska designas så att bilen följer den optimala trajektorian. Vid behov kommer även regulatorn att vidareutvecklas. Kurskod: TSRT0 E-post: joele569@student.liu.se

9 Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 5 5. Krav på regulatorn 7 Orginal, omförhandlat 25 Tillkommet, ersätter krav 7 När bilen kör tjugo på varandra följande varv, på en varvtid under sju sekunder, ska det finnas en regulator, som gör att bilen följer den optimala banan, med en maximal avvikelse på 0 mm. Med maximal avvikelse menas avståndet från bilens masscentrum till spårets mitt. När bilen kör tio på varandra följande varv, enligt krav 23, ska det finnas en regulator, som gör att bilen följer den optimala banan, med en maximal avvikelse på 00 mm. Med maximal avvikelse menas avståndet från bilens masscentrum till spårets mitt. 8 Original Regulatorn ska vara en realtids-mpc regulator. 2 6 Ekonomi Projektet har följande ekonomikrav: 9 Original Projektgruppens totala tidsåtgång får inte överstiga 440 timmar och ska vara någorlunda jämnt fördelat mellan projektmedlemmarna. 0 Original Den sammanlagda handledningstiden får inte överskrida 40 timmar. 7 Leveranskrav och delleveranser Följande leveranser ska genomföras: Original Projektet ska utföras enligt Lips-modellen. 2 Original Vid delleverans BP2 ska kravspecifikation levereras. 3 Original Vid delleverans BP2 ska projektplan och tidsplan levereras. 4 Original Vid delleverans BP2 ska systemskiss levereras. 5 Original Vid delleverans BP3 ska designspecifikation levereras. 6 Original Vid delleverans BP3 ska testplan levereras. 7 Original Vid delleverans BP5 ska all systemet uppfylla de krav som angivits i kravspecifikationen. 8 Original Vid delleverans BP5 ska testprotokoll levereras. 9 Original Vid delleverans BP5 ska användarhandledning levereras. 20 Original Ett klipp som demonstrerar projektresultaten ska presenteras på Youtube. 2 Original En hemsida som beskriver projektet ska tas fram. 22 Original Projektet ska avslutas med en muntlig presentation där arbetsgången och resultaten beskrivs Kurskod: TSRT0 E-post: joele569@student.liu.se

10 Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 6 8 Övrigt Förutom de dokument som nämns i leveranskraven ska nedanstående punkter genomföras: Varje vecka ska projektledaren lämna in en statusrapport till beställaren. Varje vecka ska projektledaren rapportera in arbetad tid (per person och aktivitet) till beställaren. Vid varje veckomöte ska ett mötesprotokoll skrivas. Varje mötesprotokoll ska justeras och sparas. Kurskod: TSRT0 E-post: joele569@student.liu.se