Systemskiss. Vidareutveckling Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil. Version 1.0 Simon Eiderbrant. Granskad Erik Olsson 20 September 2012

Relevanta dokument
Testplan. Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil. Version 1.1 Fredrik Karlsson 26 november Granskad JL, FK 26 november 2012

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

Systemskiss Optimal Styrning av Autonom Racerbil

Designspecifikation. Vidareutveckling av Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil. Version 1.0 Simon Eiderbrandt 12 oktober 2012

Användarhandledning. Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil. Version 1.0 Isak Nielsen 10 december Granskad Per Svennerbrandt 30 november 2011

Testplan Autonom truck

Testplan Racetrack 2015

Systemskiss. Joachim Lundh TSRT10 - SEGWAY 6 december 2010 Version 1.0. Status:

Projektdirektiv Oskar Ljungqvist Sida 1. Kund/Examinator: Daniel Axehill, Reglerteknik/LiU

Kravspecifikation LiU Racetrack

Systemskiss Racetrack 2015

Testplan. Flygande Autonomt Spaningsplan. Version 1.0. Dokumentansvarig: Henrik Abrahamsson Datum: 14 mars Status.

Testprotokoll. Redaktör: Sofie Dam Version 0.1. Status. Planering och sensorfusion för autonom truck Granskad Dokumentansvarig - Godkänd

Testprotokoll Racetrack 2015

Systemskiss. LiTH Kamerabaserat Positioneringssystem för Hamnkranar Mikael Ögren Version 1.0. Status

Projektplan Optimal Styrning av Autonom Racerbil

Systemskiss. LiTH Autonom bandvagn med stereokamera Gustav Hanning Version 1.0. Status. TSRT10 8Yare LIPs. Granskad

LiTH 7 december Optimering av hjullastare. Testplan. Per Henriksson Version 1.0. LIPs. TSRT10 testplan.pdf WHOPS 1. tsrt10-vce@googlegroups.

Testspecifikation. Henrik Hagelin TSRT10 - SEGWAY 6 december 2010 Version 1.0. Status:

No Oscillations Corporation. Efterstudie. Optimal Styrning av Autonom Racerbil. Version 0.1 Författare: Sofia Johnsen Datum: 20 december 2013

Systemskiss Minröjningsbandvagn

Teknisk dokumentation

LIPs Fredrik Ljungberg ChrKr Projektdirektiv18_ROV.doc CKr

LIPs Daniel Axehill ChrKr Projektdirektiv_Saab_v3 CKr

Kravspecifikation. Flygande Autonomt Spaningsplan. Version 1.2. Dokumentansvarig: Henrik Abrahamsson Datum: 29 april Status.

LIPs Isak Nielsen ChrKr Projektdirektiv13_ROV.doc CKr

Testprotokoll Autonom målföljning med quadcopter

LiTH Autonom styrning av mobil robot Projektplan. Martin Elfstadius & Fredrik Danielsson. Version 1.0

LiTH, Reglerteknik Saab Dynamics. Testplan Collision avoidance för autonomt fordon Version 1.0

Systemskiss. LiTH. Autopositioneringssystem för utlagda undervattenssensorer Erik Andersson Version 1.0. Status

HARALD. Systemskiss. Version 0.3 Redaktör: Patrik Johansson Datum: 20 februari Status

Designspecifikation Optimal Styrning av Autonom Racerbil

Projektplan. Flygande Autonomt Spaningsplan. Version 1.0. Dokumentansva Datum: 13 februari Dokumentansvarig: Henrik Abrahamsson.

Testplan. Redaktör: Sofie Dam Version 0.1. Status. Planering och sensorfusion för autonom truck Granskad Dokumentansvarig - Godkänd

Användarhandledning Optimal Styrning av Autonom Racerbil

Användarhandledning LiU Racetrack

Systemskiss. Redaktör: Anders Toverland Version 1.0. Status. LiTH Fordonssimulator. Granskad Godkänd. TSRT71 Anders Toverland

Systemskiss. Flygande Autonomt Spaningsplan. Version 1.0. Dokumentansva Datum: 13 februari Dokumentansvarig: Henrik Abrahamsson.

Användarhandledning. Redaktör: Patrik Molin Version 1.0. Mobile Scout. Status. LiTH Granskad Godkänd. TSRT71 Patrik Molin

Testplan Erik Jakobsson Version 1.1

Testplan. LiTH. Autopositioneringssystem för utlagda undervattenssensorer Martin Skoglund Version 1.1. Status

Systemskiss. Status. David Sandberg, Tobias Lundqvist, Rasmus Dewoon, Marcus Wirebrand Version 1.0. Granskad Godkänd

HARALD Testprotokoll

Projektplan. LiTH Reglering av Avgaser, Trottel och Turbo Fredrik Petersson Version 1.0. Status. Reglerteknisk Projektkurs RATT LIPs

Testplan Autonom målföljning med quadcopter

Kravspecifikation Remotely Operated Underwater Vehicle

LiTH Autonom styrning av mobil robot Testplan Version 1.0 TSRT71-Reglertekniskt projektkurs Anders Lindgren L IPs

Systemskiss. Självetablerande sensornätverk med 3G och GPS. Version 0.2. Christian Östman Datum: 15 maj 2008

Systemskiss. Remotely Operated Underwater Vehicle. Version 1.0. Simon Lindblom. 22 september Status

Efterstudie. Redaktör: Jenny Palmberg Version 1.0. Status. LiTH Fordonssimulator. Granskad Godkänd. TSRT71 Jenny Palmberg

Systemskiss. Michael Andersson Version 1.0: Status. Platooning Granskad DOK, PL Godkänd Erik Frisk

Systemskiss. LiTH AMASE Accurate Multipoint Acquisition from Stereovision Equipment. Jon Månsson Version 1.0

LiTH. WalkCAM 2007/05/15. Testplan. Mitun Dey Version 1.0. Status. Granskad. Godkänd. Reglerteknisk projektkurs WalkCAM LIPs

Systemskiss Autonom målföljning med quadcopter

Teknisk Dokumentation

LiTH Mobile Scout. Kravspecifikation. Redaktör: Patrik Molin Version 1.0. Status. Granskad Godkänd. TSRT71 Patrik Molin.

Testprotokoll Följning av djur Kolmården djurpark

F13: Regulatorstrukturer och implementering

Kravspecifikation. LiTH Segmentering av MR-bilder med ITK Anders Eklund Version 1.0. Status

Före Kravspecifikationen

Erik Hellström. Status. Granskad. Godkänd

LiTH. WalkCAM 2007/05/15. Testrapport. Mitun Dey Version 1.0. Status. Granskad. Godkänd. Reglerteknisk projektkurs WalkCAM LIPs

Teknisk Dokumentation

LIPs Martin Lindfors ChrKr Projdir2017_sbd.doc CKr

Projektplan. Redaktör: Patrik Molin Version 1.0. Mobile Scout. Status. LiTH Granskad Godkänd. TSRT71 Patrik Molin

Testprotokoll. Flygande Autonomt Spaningsplan. Version 1.0. Dokumentansvarig: Henrik Abrahamsson Datum: 15 maj Status.

I N N E H Å L L. Styrning och optimering av bilbana

Projektdirektiv. Rikard Falkeborn Sida 1

Projektplan Autonomstyrning av gaffeltruck

HARALD. Version 0.2 Redaktör: Patrik Johansson Datum: 8 maj Status. Granskad - yyyy-mm-dd Godkänd - yyyy-mm-dd

Kravspecifikation. Remotely Operated Underwater Vehicle. Version 1.0 Malte Moritz ROV. Status

Kravspecifikation Autonom målföljning med quadcopter

Kravspecifikation. LIPs. LiTH Reglering av Avgaser, Trottel och Turbo Niclas Lerede Version 1.2. Status. Reglerteknisk Projektkurs

Testplan. Remotely Operated Underwater Vehicle. Version 1.0. Elias Nilsson. 1 oktober Status

För att få ett effektiv driftsätt kan det ibland behövas avancerad styrning.

Projektplan. LiTH Segmentering av MR-bilder med ITK Anders Eklund. Version 1.0. Status. Bilder och grafik projektkurs, CDIO MCIV LIPs

LiTH Modellering av helikopterdynamik Kravspecifikation. David Johansson Version 1.1

Projektplan. LIPs. Per Henriksson Version 1.0. LiTH 7 december Optimering av hjullastare. TSRT10 projektplan.pdf WHOPS 1

Projektplan. Per-Emil Eliasson, Claes Fälth, Manne Gustafson, Andreas Gustafsson. 29 januari 2003

Projektplan. LiTH AMASE Accurate Multipoint Acquisition from Stereovision Equipment. Johan Hallenberg Version 1.0

Systemskiss Autonom spaning med quadcopter

Användarhandledning Följning av djur Kolmården djurpark

Operatörer och användargränssnitt vid processtyrning Datorövning 1 - Reglerteknik

Kravspecifikation. Självetablerande sensornätverk med 3G och GPS. Version 1.0. Christian Östman Datum: 12 maj 2008

Kravspecifikation Fredrik Berntsson Version 1.1

Användarhandledning. Redaktör: Jenny Palmberg Version 1.0. Status. LiTH Fordonssimulator. Granskad Godkänd. TSRT71 Jenny Palmberg

Konstruktion av en radiostyrd legobil. Digitala projekt av Arbon Vata Leonardo Vukmanovic Amid Bhatia

Läran om återkopplade automatiska system och handlar om hur mätningar från givare kan användas för att automatisk göra förändringar i processen.

LiTH Modellering av Helikopterdynamik Projektplan. Gustaf Norman Version 1.1

Projektplan Autonom spaning med quadcopter

Testplan. Status. David Sandberg, Tobias Lundqvist, Rasmus Dewoon, Marcus Wirebrand Version 1.2. Granskad Godkänd

Efterstudie. LIPs. LiTH Autonom styrning av mobil robot Martin Elfstadius. Version 1.0. Status. TSRT71-Reglertekniskt projektkurs

Designspecifikation. LiTH Autonom styrning av mobil robot Martin Elfstadius. Version 1.0. Status. TSRT71 Reglerteknisk projektkurs

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 3. Sammanfattning av föreläsning 2 PID-reglering Blockschemaräkning Reglerdesign för svävande kula

Kravspecifikation. Remotely Operated Underwater Vehicle. Version 1.4. Simon Lindblom. 27 november Status

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Rapportering som krävs utöver LIPS-dokumenten: poster föredrag där projektets genomförande och resultat beskrivs hemsida som beskriver projektet

Kravspecifikation. LiTH Autonom bandvagn med stereokamera Gustav Hanning Version 1.0. Status. TSRT10 8Yare LIPs.

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Transkript:

Systemskiss Vidareutveckling Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil Version 1.0 Simon Eiderbrant Status Granskad Erik Olsson 20 September 2012 Godkänd

Projektidentitet Grupp-e-post: Hemsida: Beställare: Kund: Kursansvariga: Handledare: joele569@student.liu.se http://www.isy.liu.se/edu/projekt/reglerteknik/2012/racetrack/ Kristoffer Lundahl, Avdelningen för Fordonssystem vid LiTH Telefon: +46 (0)13 286623, E-post: kristoffer.lundahl@liu.se Daniel Axehill, Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH Telefon: +46(0)13 284042, E-post: daniel@isy.liu.se David Törnqvist, Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH Telefon: +46 (0)13 281882, E-post: tornqvist@isy.liu.se Daniel Axehill, Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH Telefon: +46(0)13 284042, E-post: daniel@isy.liu.se Isak Nielsen, Avdelningen för Reglerteknik vid LiTH Telefon: +46 (0)13 281304, E-post: isak.nielsen@isy.liu.se Gruppmedlemmar Namn Ansvar Telefon E-post (@student.liu.se) Joel Lejonklou Projektledare 0734-403828 joele569 Simon Eiderbrant Dokumentansvarig 0737-308998 simei865 Erik Olsson Designansvarig 0738-130759 eriol622 Fredrik Karlsson Testansvarig 0708-393376 freca476 Thomas Barath Leveransansvarig 0739-782290 thoba099 Erhan Konuskan Informationsansvarig 0707-787930 erhko279

Dokumenthistorik Version Datum Gjorda förändringar Signatur Granskad av 0.1 12 September 2012 Första utkast 0.2 18 September 2012 Andra utkast 1.0 20 September 2012 Slutdokument

Innehåll 1 Inledning 1 2 Syfte och mål 1 3 Användning 1 4 Systemöversikt 1 5 Bilmodellering 3 6 Beräkning av trajektoria med hjälp av optimal styrningmetoder 4 6.1 Ingående mjukvara........................................ 4 7 Regulator 5 7.1 Regulator............................................. 5 7.2 Gränssnitt............................................. 5

Vidareutveckling Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 1 1 Inledning Förra året genomfördes ett projekt vars syfte var att ta fram ett styrsystem för en radiostyrd bil (RC-bil), som skulle kunna styra bilen längs en trajektoria beräknad offline. Det finns emellertid stora förbättringsmöjligheter för systemet, framförallt när det kommer till bilmodellering och beräkning av optimal trajektoria. I somras genomfördes även ett projekt med syfta att förbättra bilmodelleringen. Tanken med detta projektet är att utgående från det grundarbete som gjordes i somras, förbättra modelleringen och beräkningen av den optimala trajektorian, samt eventuellt förbättra den regulator som används. Med hjälp av mer exakta modelleringar av bilen och bättre reglering skall bilen ta sig runt banan snabbare än den klarade förra året. 2 Syfte och mål Målet med projektet är att dels autonomt kunna köra flera på varandra följande varv snabbare än vad man tidigare lyckats med, men samtidigt följa referenstrajektorian bättre än innan. Dessutom ska systemet förblir robust och stabilt, något som den nuvarande systemet inte är. Den optimala trajektorian ska fortfarande beräknas offline. 3 Användning Detta system ska sedan användas som laborationsmoment, demonstrationsmoment och studentprojekt vid ISY. 4 Systemöversikt Systemet består av flera olika delar som samverkar. Hårdvarumässigt är det fem stora delkomponenter som är aktuella: Bilbana Bilar Kameror Radiokontroll Dator Figur 1 på följande sida visar hur hårdvarukomponenterna interagerar med varandra. Bilbanan är uppbyggd av kvadratiska skumgummiplattor som är placerade på en träplatta. Körbanan är inhägnad av en sarg i skumgummi som absorberar kraften ifall bilarna skulle krascha. I taket ovanför bilbanan är två kameror monterade. Dessa är placerade så att deras synfält täcker av hela banan. Bilderna som kamerorna tar skickas till datorn som med hjälp av algoritmer detekterar bilarna och skattar deras tillstånd. Sampeltiden för systemet är 100Hz, men kan ändras om så önskas (dock klarar det ej över cirka 110Hz). Styrningen av bilarna kan ske antingen autonomt eller manuellt. I det helt autonoma läget så beräknar datorn en styrsignal (via någon form av regulator) som sedan ställs ut till handkontrollen. I det manuella läget så körs en enkel loop-back funktionalitet som gör att bilen körs helt manuellt.

Vidareutveckling Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 2 Figur 1: Informationsflöde mellan hårdvarukomponenter. Mjukvarumässigt består systemet av fem huvudkomponenter: Målföljningssystemet (redan implementerat) Regulatorn System för att beräkna en trajektoria med metoder från optimal styrning Bilmodellen Referensinterface (redan implementerat) Målföljningssystemet beräknar bilens skattade position (detta är redan implementerat). Bilmodellen tas fram genom att göra mätningar på bilen och bilbanan. För att beräkna en referenstrajektoria använder man sig av bilmodellen, detta görs offline men kan även användas i regulatorn om så krävs. Ett referensinterface används för att online kunna hantera informationen om banan på ett enkelt sätt. Ett blockschema över hela mjukvarustrukturen ses i figur 2 på nästa sida. Mer detaljerade beskrivningar av dessa system återfinns nedan i detta dokument.

Vidareutveckling Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 3 Bilmodell offline bilmodell reducerad trajektoria online Trajektoriaoptimering Baninformation Referensinterface Handkontroll x ref x Tracking ˆx Regulator u Radiomodul Figur 2: Blockschema beskrivande signalflödet mellan de olika delsystemen. 5 Bilmodellering I projektet används modeller av Porsche och Lamborghini-bilar med än längd på ungefär 10 cm. Dessa består av ett chassi och en kaross och drivs av ett batteri som sätts in i chassit under karossen. Bilarna har en motor som driver bakhjulen och ett styrservo som används för att styra framhjulen. Den kan styras med hjälp av en fjärrkontroll eller via dator och dessa kan accelerera bilen framåt och bakåt, bromsa och ställa ut en styrvinkel till styrservot. Bilmodellen som togs fram förra årets projekt stämmer inte särskilt bra med verkligheten vilket resulterade i att bilen inte kunde följa det optimala spår som räknades fram. Årets projekt fokuserar mycket på att skapa en bättre modell, utgående ifrån det grundarbetet som gjordes under sommarprojektet. Till modellen måste parametrar identifieras, och modellen ska också verifieras så att den med säkerhet stämmer tillräckligt väl ihop med verkligheten. Bilmodelleringen delas upp i fyra olika områden:

Vidareutveckling Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 4 Motormodellering Modellering av dynamiken från gaspådrag till utmoment vid hjulen. Däckmodellering Modellering av däckfriktion och slip för att veta vilket utmoment som kan ställas ut på däcken utan att bilen tappar greppet i kurvorna. Styrningsmodellering Modellering av hur bilen beter sig vid olika styrsignaler till styrservot. Dynamikmodell för hela bilen Här sätts modellerna ihop till en stor modell som behandlar hela bilens beteende. 6 Beräkning av trajektoria med hjälp av metoder från optimal styrning Detta delsystem beräknar en trajektoria runt banan, vilken regulatorn använder som den referens bilen skall följa. Optimeringen beräknas med hjälp av en bilmodell och en parametrisering av banan som bivillkor. Bilmodellen beskrivs i Modelica och optimeringsvillkoren beskrivs i Optimica, som är ett tilläggsprogram till Modelica. Resultaten från Modelica och Optimica körs sedan tillsammans i JModelica. JModelica ställer upp problemet och omvandlar det till ett Non Linear Programming (NLP) problem och sedan löses optimeringproblemet av lösaren IPOPT. IPOPT genererar den optimala trajektorian om en sådan existerar. Flödet för detta kan ses i figur 3. Fordonsmodell Modelica JModelica IPOPT Bivillkor Optimica Optimal Trajektoria Figur 3: Informationsflöde för att beräkna optimal trajektoria med JModelica. 6.1 Ingående mjukvara För att kunna lösa optimeringsproblemet behövs följande mjukvara: JModelica med Optimica IPOPT

Vidareutveckling Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 5 7 Regulator Systemet ska kunna få bilen att autonomt följa en given referensbana. Det gör systemet genom att regulatorn kontinuerligt tar emot information om bilens skattade tillstånd från trackingsystemet samt en referenstrajektoria från referensinterfacet. Systemet ska även kunna möjliggöra manuell styrning med en handkontroll. I figur 4 ser man en schematisk bild över hur systemets ingående delar interagerar med varandra. Referensinterface Handkontroll x ref x Tracking ˆx Regulator u Radiomodul Figur 4: Blockschema beskrivande signalflödet mellan de olika delsystemen. Antingen är regulatorns eller handkontrollens styrsignal u aktiv, beroende på om systemet körs i autonomt eller manuellt läge. 7.1 Regulator Regulatorn har till uppgift att få bilen att följa en given referensbana, exempelvis bestående av linjeval och hastighet. Regulatorn bör ha någon form av framkoppling från referensvärdet och ej enbart reglera på reglerfelet, så att den exempelvis i en kurva börjar styra redan innan något reglerfel uppstått. 7.2 Gränssnitt Gränssnittet som används av delkomponenterna specificeras nedan: u - styrsignaler från antingen regulatorn eller handkontrollen till radiomodulen. Det finns två styrsignaler, en till gas och en till styrning. Dessa kan ligga i intervallet -1 till 1 (-1 max broms och 1 max gas, respektive maximalt vänster och maximalt höger).

Vidareutveckling Optimal Styrning av Radiostyrd Racerbil 6 x - godtyckligt tillstånd som utbytes mellan något av systemets delsystem. ˆx - bilens skattade tillstånd. Skattningsalgoritmen finns i målföljningssystemet och ger skattningarna till failsafesystemet och regulatorn. x ref - referensen för bilens tillstånd. Kommer från den trajektoria som beräknats med metoder från optimal styrning. på/av banan - boolesk variabel som anger ifall hela bilen befinner sig på banan i det givna tillståndet x.