Planitud diferencial basado en la planificacion y control de un manipulador de ruedas moviles –

Teoria y experimento

Introduccion

Sistemas roboticos autonomos o semi autonomos han demostrado ser muy utiles para extender el

alcance de las capacidades de los seres humanos en la manipulacion de numerosas tareas de

interaccion. El arquetipo o sistema de ideas de los sistemas autonomos poseen una gran

capacidad de manipulacion pero tiene muy limitado espacio de trabajo. El montaje de un sistema

manipulador en bases moviles crean los llamados sistemas roboticos moviles dotados de gran

capacidad de configuracion y con muchisimas aplicaciones como por ejemplo transporte de carga,

misiones de rescate a distancia, desactivacion de bombas, etc.

En este articulo se centra basicamente en las ruedas de un manipulador movil (WMM) que es un

sistema formado por multiples grados de libertad lo cual todo en conjunto forma un robot movil

(WMR) en el cual se hara una configuracion por medio de una planitud de diferenciales punto a

punto y una experimentacion con hardware.

Para resumir brevemente el enfoque de la planitud diferencial, los estados y las entradas se

pueden parametrizar por un conjunto finito de vairables independientes llamandos las salidas

planas, y sus derviados (el tiempo). Esta parametrizacion establece una correspondecia uno a uno

de los estados y las entradas a las salidas de planos. Puesto que el número de salidas planas es

igual al número de entradas de control, esto permite la controlabilidad del estado completo del

sistema.

Quizás lo más importante del sistema es que gobierne ecuaciones diferenciales ordinarias y que se

puedan transformar a ecuaciones algebraicas mucho más simples de resolver. Una restriccion que

satisgace la trayectoria deseada ahora se puede planificar utilizando una variedad de funciones de

interpolacion, incluyendo los polinomios de orden apropiado, para que conicida con las

condiciones de restriccion en el espacio de salida plana. Ademas, exponenciales controladores

estabilizantes pueden ser desarrollados desde el sistema tiene la representación de una cadena de

integradors en el espacio de salida plana por lo tanto, estos aspectos facilitan un tratamiento

unificado tanto de la planificacion de las trayectorias y los problemas de control dentro de un

marco comun.

Planitud diferencial basada en la planificacion y el control

Figura 1. El esquema del manipulador movil los estados son 1 2[ , , , , ]Tx y las entradas son

1 2[ , , , ]Tv u u y las salidas planas son 1 2[ , , , ]Tx y

Tiniendo en cuenta un marco de referencia {O} el movimiento a lo largo de este se puede

parametrizar de la forma:

cos 0

sin 0

0 1

xv

y

(1)

Para tener que la matriz de

x

y

represente a bq que es una coordenada generalizada y

En donde v y son respectivamente, la velocidad y la velocidad angular aplicadas entonces el

modelo de manipulador movil se puede escribir como:

2

22

0

0

bbb

m m

uJq

q I u

(2)

Donde 1 2,mu u u son las entradas de velocidad conjuntas para el individuo

articulaciones manipulador, 2 20 , I son respectivamente matrices de cero e identidad de 2x2.

En primer lugar, demostrar que la ecuación. (1) no puede ser estática retroalimentación

linealizado.

Definir los productos planos:

1 2, [ , ]T

bF F F x y (3)

Al diferenciar la ecuacion (3) con respecto al tiempo, y observando que

cos

sin

x v

y v

1

2

cos 0

sin 0b

F x vF

yF

(4)

La asignación entre las entradas y salidas de losplanos se convierte en ser singular. Este problema

puede solucionarsemediante la introducción de la entrada prolongación de la V (que se

extiende como un estado v), y la ampliación del sistema para:

cos

sin

x v

y v

v

(5)

Donde es la nueva (derivada respecto al tiempode la velocidad de avance) de entrada al

sistema. Al tomar las derivadas temporales delas dobles salidas de planos:

1

2

cos sin

sin cosb

F x vF

y vF

(6)

Efectivamente, las entradas modificadas en el sistema son y . Para el manipulador, podemos

elegir los productos planos de ser:

3 4 1 2[ , ] [ , ]T T

M MF F F q (7)

Utilizando la definición de la planitud diferencial en el Apéndice, podemos a

continuación, declarar lo siguiente:

Proposición II.1. El modelo de WMM en la ecuación. (2) es diferencialmente plana.

Elegimos el conjunto completo de productos planos [ , ]T T T

b MF F F se define en la ecuación. (3) y

la ecuación. (7).Podemos demostrar que los estados y las entradas del sistema puede

ser completamenteexpresada por las salidas planas (y sus derivados de tiempo) como:

1

2

1 2

1

tan

x F

y F

F

F

2 2 1 2 1 2 1 2 2 21 2 2 2 2 2

1 2 1 2

, ,F F F F F F F F

v F FF F F F

1 3 2 4 1 1 3 2 2 4, , ,F F u F u F (8)

A la inversa, las salidas planas también se puede expresar por completo por el

los estados y las entradas (y sus derivadas respecto al tiempo) como:

1 2 3 1 4 2, , ,F x F y F F

1 2cos , sinF x v F y v

1 cos sin cos sinF v v v

2 sin cos sin cosF v v v (9)

Por lo tanto, el sistema de la ecuación. (2) es diferencialmente plana.

La relación difeomorfa en la ecuación. (8) y (9) establece el uno a uno entre el espacio de

salida plana y el espacio de estado, que permite la controlabilidad estado completo en el espacio

de salida plana. Los principales beneficios se encuentran en las simplificaciones que pueden

implicar para el problema de planificación y control, como se ilustra a continuación.

B. Planitud diferencial basado en controlador

Nosotros ahora por objeto el desarrollo de un controlador, para lo cual el sistema de la

ecuación. (9) puede ser linealizado utilizando el siguiente cambio de entradas.

1 1 2 2 3 3 4 4, , ,F F F F (10)

Dadas las trayectorias deseadas de las salidas planas ( ), 1,....,4d

iF t i (que vamos a

planificar más adelante), las leyes de control a las entradas nuevasse puede a

continuación, se define como:

1 1 1 1 2 1

2 2 1 1 2 2

3 3 1 3

3 4 1 4

,

,

d

d

d

d

F p e p e

F q e q e

F re

F s e

(11)

Donde 1 2 1 2 1 1, , , , ,p p q q r sson las ganancias de control y

d

i i ie F F El

sistema correspondiente de error linealizado entonces se puede escribir como:

2 1 2 2 2

3 1 3

4 1 4

0

0

0

e q e q e

e re

e s e

(12)

Las ganancias de control puede entonces ser elegido de tal manera que todas las raíces de las

ecuaciones características de la dinámica del error de bucle cerradoen la ecuación. (12) se

encuentran en la mitad izquierda del plano del plano complejo para

garantizar estabilidad exponencial.

Implementacion de hardware

A. Hardware de plataforma y experimentacion

Se presenta el diseño electromecanico de el manipulador movil hecho a la medida para evaluar los

metodos presentados. Se contó con la implementacion del hardware en el bucle de la metodologia

para la verificacion rapida experimental de los controladores en tiempo real en el prototipo

electromecanico. Se optó por usar un sistema de manipulador movil a partir de cero debido a la

flexibilidad que ofrece más de una daptacion fuera de la pasa de la plataforma del robot movil con

un brazo fuera de la plataforma. Los parametros fisicos del sistema se tabulan en una tabla

La base del robot movil consta de dos ruedas con un motor CC y un lanzador de conjuros tipo

MECANUM convencional con ruedase traseras en forma de disco, accionado por dos grandes

torques motorreductor de pitman, se eligen debido a la construccion fisica robusta, la capacidad

para accionar la base pesada y la facilidad de operación en presencia de irregularidades del

terreno. Codificadores opticos en los motores para proporcionar la informacion acerca de la

retroalimentacion y odometria de la base de la plataforma. Un pasivo tipo MECANUM en las

ruedas delanteras era preferible que las ruedas convencionales para eliminar restricciones sobre la

capacidad de maniobra. Eel brazo manipulador tiene dos ariticulaciones accionadas con ejes

paralelos entre si y perpendiculares a plataforma movil y el suelo. La primera ariticulacion se

puede colocar en cualquier lugar a lo largo de la linea media en el marco superior ade la

plataforma cambiando la longitud de la biela. Las dos juntas tambien estan equipados con

motorreductor MAXON DC con el par de apriete inferior y instrumentados con codificadores

opticos que tambien puede medir la rotacion de las articulaciones. Dos diferentes baterias de

plomo que ofrecen fuentes de alimentacion para los sistemas de actuadores y de los

controladores electronicos.

Un sistema PC/104 cargado con el sistema operativo de destino xpc en tiempo real RTOS sirve

como el controlador integrado del sistema electromecanico, operando a la frecuencia de

muestreo de 5ms. Un PC/104 mas un ordenador incorporado (Versa logic EPM-CPU-3133Mhz

Procesador de 32 bits con el estandar de PC I/o y ethernet 10/100) se utiliza para hacer todo el

abrodaje de alto nivel de procesamiento, el control y los procesos de comunicación para el

sistama. La comunicación inalambrica se realiza con un estandar de puente de Ethernet

inanlambrico. El equipo host ejecuta MATLAB / Simulink / taller en tiempo real, una comoda

interfaz grafica de apoyo, diagrama de boloques de control basado en el diseño y la compilacion

de codigo y anfritrion / comunicación de destino. Un codigo compilado en C, asi como los datos

en tiempo real pueden ser transferido de ida y vuelta entre el host y el equipo de desptino

mediante la conexión TCP /IP. El codigo descagado en el controlador incorporardo puede acceder

directamente al hardware local. Esto proporciona la posibilidad de probar los componentes

individuales y codificadores) o la unidad completa de una vez usando una escena de hardware de

bucle.

El sistema de control de movimientos se compone de cuatro motores de corriente continua que

son controlados por dos ESC629, un doble canal de servo motor de corriente continua con una

tarjeta de interfaz de entrada de encoder incrmental de abordaje y afinaciones PID. Para la

operación optima de la energia el, los dos ESC629 estan configurados de tal manera que cada

motor controle un par superior y uno inferior. El bajo nivel de funcion cstyle=”BIG S-codigos eran

de encargo escirto para la interfaz del ESC529 al controlador integrado y nos proporcionan el

acceso a nivel de placa para ajustar los parametros de control. Finalmente, el filtro FIR basado en

tiempo – diferenciador se llevo a cabo para obtener la velocidad de los motores basado en los

datos del codificador (posicional).

B. Detalles de la implementacion de control

Se muestra el diagrama de bloques que resume la aplicación de un control completo en nuestro

sistema. Para calcular la entrada original de sistma fisico, el primer sustituto de la ecuacion (11) en

la ecuacion (10). Las entradas de control necesarios para el manipulador 1u , 2u se puede calcular

de la ecuacion 1 3 2 4 1 1 3 2 2 4, , ,F F u F u F . Para las entradas a la WMR, invertimos

la ecuacion 1

2

cos sin

sin cosb

F x vF

y vF

para obtener

, donde los valores de v

y

son obtenidos a partir de las transformaciones de las cantidades de las lecturas de los

sensores sin embargo puesto que la inversion de la ecuacion anteriormente dicha es singular si

0v ,tolv v cuando | | tolv v , donde

tolv es un valor de velocidad pequeña (tomamos 0.01m/s

en nuestro caso). La v de entrada correspondiente a continuacion puede calcularse mediante la

inegracion . Notese que dado que el valor de v es siempre positiva en nuestro caso, este

enfoque puede aplicarse directamente en la clase especial de robots moviles que pueden realizar

solamente el moviento hacia adelante. Finalmente, el correspondiente derecho e izquierdo

entrantes de velocidad de rueda (R y

L respectivamente) pueden ser obtenido desde v

Y pueden tambien ser calculados a partir de las lecturas de las ruedas de velocidad sin

embargo, cabe señalar que la realimentacion no sufre de la condicion singular cuando 0v

Por lo tanto el sistema es capaz de inicializar incluso cuando el robot no esta inicialmente en

reposo ademas, no hay informacion de aceleracion requerida durante la operación de control

total.

C. Resultados experimentales

El metodo ha sido evaluado a fondo en las dos simulaciones en tiempo real y los experimentos. En

esta secciion se muestra el estudio caso representativo para estudial la eficacia del metodo

propuesto, y poner en relieve algunas de las contraprestaciones en la puesta en práctica. El

metodo fue evaluado por primera vez en el marco de simulacion de windows para asegurarse que

es computacionalmente factible. Se convierte entonces el mismo codigo para el XPC Target

implementacion basada en la plataforma de hardware como descrito anteriomente.

La propuesta seleccionada se toman las ganancias como

1 2 1 2 1 12, 1, 6, 9, 3, 3p p q q r s

Tal que los transitorios de error sean sobreamortiguados, el presentado caso de estudio

experimental se realizo bajo las siguientes condiciones con 15T s

1 2(0) 0.0 , (0) 0.0 , (0) 0 , (0) 0 , (0) 0d d d d dx m y m

1 2( ) 1.5 , ( ) 0.5 , ( ) 0 , ( ) 45 , (0) 90d d d d dx T m y T m T T

Mientras que el seguimiento de los estados se consigue cerca, el resultante perfil de entrada es

razonablemente sensible a la seccion del control de ganacias. Ademas debido a la existencia de la

saturacion de la velocidad no se puede seleccionar una ganancia muy elevada que requiere de

altos insumos perfiles, un hecho que a menudo es ignorado por muchos analisis en la literatura.

Por tanto, trazar las entradas de la velocidad angular de cada actuador permite una evalucacion

cuidadosa. Se puede observar que las entradas reales requeridas estan muy cerca de los perfiles

de entrad simulados. Las fluctuaciones iniciales de todos los perfiles de entradas son

principalmente debido al esfuerzo de entrada de los accionadores para dar cuenta de la masa del

sistema y la friccion por ultimo, se observó en la subtrama tercio la cantidad angular final tiene un

pequeño error esto es porque la cantidad de no es una medida directamente plana y es muy

sencible a la odometria (velocidad) de datos de las ruedas. Ademas la seccion de la ganancia para

la salida de segundo plano, a saber 2F y tambien es sencible debido a la existencia de

limitaciones en la direccion y. si las ganancias se selecciona para ser demaciado altas, se requiere

muy alta v y entradas (y las correspondientes velocidades altatas de la rueda de entrada R y

L ) que desestabiliza el hardware. Si las ganancias se selecciona para que sea demasiado bajo el

deseado no puede lograrse con precision. Este es otro tema que tiene que ser cuidadosamente

tratado durante la implementacion del hardware.

D. Concluciones

En este trabajo se presenta la planitud diferencial integrada basado en la planificacion y el control

de marco para una clase de un manipulador movil para lograr controlabilidad estado completo en

primer lugar se mostro que el modelo cinematico bajo consideracion es diferencialmente plano

medieante el establecimiento la asignacion uno a uno entre los estados del sistema y los espacios

correspondientes de salida plana. El problema de planificacion reduce entonces a un problema de

ajuste de curva, es decir, utilizando polinomios apropiados con el fin de satisfacer las condiciones

especificadas en el terminal de salida en el espacio plano. El problema de control correspondiente

a un sistema lineal simplificado de asignacion de polos con la estabilidad garantizada. Por ultimo

hemos demostrado la aplicabilidad del marco de un movimiento de la plataforma del manipulador

movil electromecanico y destacó algunos de los detalles de implementacion. En estos momentos

estamos evaluando tambien un tipo de planificacion para un metodo de manipulador movil

controlado por pares.

E. Cubrimientos de temas desconocidos encotrados en el trabajo

Planitud diferencial

Volvemos ahora al problema de la generacion de una trayectoria no lineal para un sistema.

Consederemos primero el caso de encontrar una trayectoria ( )dx t que dirige el sistema con una

condicion inicial 0x hasta la condicion final fx buscamos una posible solucion ( ( ), ( )d dx t u t que

satisface la dinamica del procedimiento:

0( , ), (0) , ( )d d d d d fx f x u x x x T x

Ademas es posible que se desee para satisfacer las restricciones adicionales sobre la dinamica:

Entrada de saturacion: | ( ) | ;u t M

Limitaciones de estado ( ) 0;g x

Seguimiento ( ) ( )h x r t

Optimizacion

0

min ( , ) ( ( ), ( ))

T

L x u dt V x T u T

Como un ejemplo se podria considerar conducir un auto desede una posicion incial hasta una final

para resolver este problema debemos darle soluciona a las ecuaciones diferenciales que satisface

las condiciones en los extremos daods la naturaleza no linieal de la dinamica parece poco

probable que se podia encontrar soluciones explicitas que satisfacen las dinamicas excepto de

casos muy especiales como por ejemplo conducir en linea recta

Motor cc para el montaje de ruedas tipo MECANUM

La rueda Mecanum es un diseño para una rueda que puede moverse en cualquier dirección. A

veces se llama la rueda Ilon después de su inventor sueco, Bengt Ilon, que se le ocurrió la idea en

1973 cuando él era un ingeniero de la compañía sueca AB Mecanum.

Es una rueda convencional con una serie de rodillos unidos a su circunferencia.Estos rodillos

tienen un eje de rotación a 45 ° con el plano de la rueda en un plano paralelo al eje de rotación de

la rueda. Una configuración típica es la una de cuatro ruedas de la URANO omni-direccional robot

móvil o una silla de ruedas con llantas de Mecanum. Alternando ruedas con rodillos izquierdos y

diestros, de modo que cada rueda se aplica fuerza aproximadamente en ángulo recto a la diagonal

de la rueda está activado, el vehículo es estable y se puede hacer para moverse en cualquier

dirección y girar mediante la variación de la velocidad y dirección de rotación de cada

rueda. Moviendo las cuatro ruedas en la misma dirección produce el movimiento hacia adelante o

hacia atrás, ejecutando las ruedas de un lado en la dirección opuesta a los del otro lado rotación

causas del vehículo, y ejecuta las ruedas sobre una diagonal en la dirección opuesta a los de las

otras causas diagonales movimiento lateral. Las combinaciones de estos movimientos permiten el

movimiento en cualquier dirección con cualquier rotación.

La Marina de los EE.UU. compró la patente de Ilon y poner a los investigadores a trabajar en él en

la década de 1980 en Ciudad de Panamá. La Marina de los EE.UU. ha utilizado para el transporte

de artículos alrededor de los barcos. En 1997 Airtrax Inc. y otras compañías cada uno pagó la

Marina de los EE.UU. 2.500 dólares por los derechos a la tecnología, incluidos los planos antiguos

de cómo los motores y controladores trabajados para construir una carretilla elevadora

omnidireccional que puede maniobrar en espacios reducidos, tales como la cubierta de un

portaaviones. Estos vehículos están ahora en la producción.

Vehículos de orugas y vehículos minicargadoras utilizar los mismos métodos para convertir. Sin

embargo, estos vehículos suelen arrastrar por el suelo mientras se enciende y puede hacer un

daño considerable a una superficie suave o frágil. La alta fricción contra el terreno mientras se gira

también requiere motores de alto par para superar la fricción. En comparación, el diseño de la

rueda Mecanum permite la rotación en el lugar con una fricción mínima suelo y un bajo par.

Codificadores angulares de posición (encoders).

Los codificadores ópticos o encoders increméntales constan, en su forma más simple, de un disco

transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre sí; De

un sistema de iluminación en el que la luz es colimada de forma correcta, y de un elemento

fotorreceptor. El eje cuya posición se quiere medir va acoplado al disco transparente. Con esta

disposición a medida que el eje gire se ira generando pulsos en el receptor cada vez que la luz

atraviese cada marca, y llevando una cuenta de estos pulsos es posible conocer la posición del eje.

Existe, sin embargo, el problema de no saber si en un momento dado se esta realizando un giro en

un sentido o en otro, con el peligro que supone no estar contando adecuadamente. Una solución a

este problema consiste en disponer de otra franja de marcas, desplazada de la anterior de manera

que el tren de pulsos que con ella se genere este desplazado 90° eléctricos con respecto al

generado por la primera franja.

De esta manera, con un circuito relativamente sencillo es posible obtener una señal adicional que

indique cual es el sentido de giro, y que actué sobre el contador correspondiente indicando que

incremente o decremente la cuenta que se esta realizando. Es necesario además disponer de una

marca de referencia sobre el disco que indique que se ha dado una vuelta completa y que, por

tanto, se ha de empezar la cuenta de nuevo. Esta marca sirve también para poder comenzar a

contar tras recuperarse de una caída de tensión.

Reductor de velocidad: Los Reductores ó Motorreductores son apropiados para el accionamiento

de toda clase demáquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su velocidad en una

forma segura y eficiente.

Las transmisiones de fuerza por correa, cadena o trenes de engranajes que aún se usan para la

reducción de velocidad presentan ciertos inconvenientes.

Al emplear REDUCTORES O MOTORREDUCTORES se obtiene una serie de beneficios sobre estas

otras formas de reducción. Algunos de estos beneficios son:

Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potencia transmitida.

Una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el motor.

Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el mantenimiento.

Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje.

Menor tiempo requerido para su instalación.

Los motorreductores se suministran normalmente acoplando a la unidad reductora un motor

eléctrico normalizado asincrónico tipo jaula de ardilla, totalmente cerrado y refrigerado por

ventilador para conectar a redes trifásicas de 220/440 voltios y 60 Hz.

Para proteger eléctricamente el motor es indispensable colocar en la instalación de todo

Motorreductor un guarda motor que limite la intensidad y un relé térmico de sobrecarga. Los

valores de las corrientes nominales están grabados en las placas de identificación del motor.

Normalmente los motores empleados responden a la clase de protección IP-44 (Según DIN 40050).

Bajo pedido se puede mejorar la clase de protección en los motores y unidades de reducción.

PC/104 o PC104 es un estándar de ordenador embebido que define el formato de la placa

base (form factor) y el bus del sistema.

A diferencia de la clásica arquitectura ATX y bus PCI que son usados en la mayoría de

los ordenadores personales, el PC/104 está diseñado para aplicaciones específicas, como

adquisición de datos o sistemas de control industrial.

La arquitectura de la placa base no es la típica placa de circuitos integrados (backplane) en el que

van insertados los componentes; en lugar de eso, los componentes se encuentran en módulos que

son apilados unos encima de otros. El tamaño estándar es de 90.17 mm × 95.89 mm. La altura

depende del número de módulos conectados.

Una instalación típica incluye una placa base, conversores analógico-digital y módulos I/O

digitales.

Equipo host

El término host es usado en informática para referirse a las computadoras conectadas a una red,

que proveen y utilizan servicios o de ella. Los usuarios deben utilizar anfitriones para tener acceso

a la red. En general, los anfitriones son computadores monousuario o multiusuario que ofrecen

servicios de transferencia de archivos, conexión remota, servidores de base de datos, servidores

web, etc. Los usuarios que hacen uso de los anfitriones pueden a su vez pedir los mismos servicios

a otras máquinas conectadas a la red. De forma general un anfitrión es todo equipo informático

que posee una dirección IP y que se encuentra interconectado con uno o más equipos. Un host o

anfitrión es un ordenador que funciona como el punto de inicio y final de las transferencias de

datos. Comúnmente descrito como el lugar donde reside un sitio web. Un anfitrión de Internet

tiene una dirección de Internet única (dirección IP) y un nombre de dominio único o nombre de

anfitrión.

El término host también se utiliza para referirse a una compañía que ofrece servicios de

alojamiento para sitios web.

Transmission Control Protocol (en español Protocolo de Control de Transmisión) o TCP, es uno de

los protocolos fundamentales en Internet. Fue creado entre los años 1973 y 1974 por Vint

Cerf y Robert Kahn.

Muchos programas dentro de una red de datos compuesta por computadoras, pueden usar TCP

para crear conexiones entre ellos a través de las cuales puede enviarse un flujo de datos. El

protocolo garantiza que los datos serán entregados en su destino sin errores y en el mismo orden

en que se transmitieron. También proporciona un mecanismo para distinguir distintas aplicaciones

dentro de una misma máquina, a través del concepto de puerto.

TCP da soporte a muchas de las aplicaciones más populares de Internet (navegadores, intercambio

de ficheros, clientes ftp,...) y protocolos de aplicaciónHTTP, SMTP, SSH y FTP.

ESC629ER

PC/104 Peripheral Module

2-Channel DC Servo Motor Controller

Caracteristicas

Sola placa del servo motor de corriente continúa

Dos interfaces de motor independientes

Características versátiles incluyen la posición, velocidad y

aceleración con chipset específico de control del motor

Dos puentes completos para la conexión directa del motor

60V, MOSFET de 10A a bordo de puente H

Entradas de encoder incremental con rango de5V

A bordo de +12 V@0.5A para dispositivos externos

Puerto de salida de control a la etapa de alimentación externa

24 TTL I / O, 8255 en base

Es una tarjeta controladora que proporciona una solución compacta sola tarjeta para aplicaciones

exigentes de control de motores. Tareas de control de movimiento se realiza por dos LM629

fichas de control de movimiento. Estos controladores de movimiento de la interfaz a bordo

de puentes MOSFET de potencia que los motores de accionamiento de hasta 60V con una

corriente máxima de 10A. Para más información sobre las capacidades de las funciones de control

de movimiento de la ESC629ER por favor refiérase a las hojas de datos específicas de cada

componente del chip LM629. Si usted decide usar una etapa de potencia externa / a distancia para

controlar el motor puede utilizar elpuerto de la unidad de motor de la ESC629ER.En este puerto se

encuentran disponibles tanto en el PWM / DIR, así como H-puente de izquierda / derecha la mitad

de las señales de control para ambos canales. También se incluye una potencia de salida de +5 V o,

alternativamente, de +12 Vque suministra sistemas electrónicos remotos o controladores.

PID

Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control por realimentación que

calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar

una acción correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres

parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la

reacción del error actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error,

esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se

reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La

suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la

posición de una válvula de control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo.

Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un

control diseñado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser

descrita en términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador llega al

"set point", y el grado de oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no

garantiza control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo. Algunas aplicaciones pueden solo

requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID puede

ser llamado también PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de control respectivas. Los

controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al

ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la

acción de control.

Filtros FIR

FIR es un acrónimo en inglés para Finite Impulse Response o Respuesta finita al impulso. Se trata

de un tipo de filtros digitales cuya respuesta a una señal impulso como entrada tendrá un número

finito de términos no nulos.

Para obtener la salida sólo se basan en entradas actuales y anteriores. Su expresión en el

dominio es:

En la expresión anterior es el orden del filtro, que también coincide con el número de términos

no nulos y con el número de coeficientes del filtro. Los coeficientes son .

La salida también puede expresarse como la convolución de la señal de entrada con la

respuesta al impulso :

Aplicando la transformada Z a la expresión anterior:

XPC Target

XPC Target es un tiempo real de entorno de software de The MathWorks. Junto con los basados

en x86 sistemas de tiempo real, que permite a los ingenieros simular y

probar Simulink y Stateflow modelos en una etapa temprana-como-posible en tiempo real en el

hardware físico a prueba.

El proceso de desarrollo se recomienda es el diseño o modelo de un algoritmo o conjunto de

algoritmos diseñados para ser implementado en el hardware en el entorno Simulink. Esto debería

incluir también modelar el hardware de la planta, medio ambiente o de otro fenómeno que el

algoritmo tiene que interactuar con él. Las simulaciones se llevaron a cabo utilizando diferentes

rangos de entradas y los parámetros de diseño para asegurar que el algoritmo funciona como se

esperaba. Incluso con el mejor de los esfuerzos para producir los modelos de simulación más

realista y, a menudo hay efectos desconocidos en el mundo real que aún deben ser

investigados. XPC Target ofrece un paso intermedio a partir del mundo real al mundo de la

simulación de Simulink y yendo a la actual de hardware el algoritmo se ejecuta en. El modelo tiene

que estar preparado primero de estos pasos a seguir mediante la sustitución de los modelos de

hardware de plantas, medio ambiente, y otros fenómenos con los bloques de la interfaz de

hardware que se comunicará y capturar la retroalimentación de estos efectos en el mundo

real. Además, el modelo necesita ser configurado con una tasa global de ejecución fija y

solucionador. El modelo completo que contiene el algoritmo, necesarios bloques de la interfaz de

hardware y otra infraestructura necesaria modelo son auto-generados en el código en C,

compilado con un compilador de terceros, y se transmite a la basada en x86 sistema en tiempo

real la ejecución de los MathWorks proporcionan real tiempo de kernel. Ahora, el modelo se

puede ejecutar en tiempo real. El entorno de destino xPC amplía las capacidades de simulación y

análisis de MATLAB y Simulink, donde se diseñó el primer algoritmo (el equipo host) para las

arquitecturas x86 basado en sistemas de tiempo real (el equipo de destino). También permite el

control, monitoreo, y sobre el terreno parámetro de ajuste de la aplicación en tiempo real

directamente desde el modelo de Simulink.

Una vez que el algoritmo o conjunto de algoritmos ha sido probado y verificado con xPC Target,

que están más cerca de ser implementado en el hardware real. La puesta en práctica en el entorno

de destino xPC permitido para el diseñador para aislar problemas con el diseño del algoritmo a

partir de los posibles problemas con el hardware en sí, por lo que es más fácil de depurar. Cuando

el algoritmo o conjunto de algoritmos se han colocado en su forma de producción en el hardware

real, el entorno xPC Target también puede ser utilizado para probar cómo los algoritmos están

funcionando. El modelo de diseño original con toda la estructura de pruebas se puede utilizar con

bloques de la interfaz de hardware ponen en lugar del algoritmo o conjunto de algoritmos. Con

una licencia xPC Target, desde una perspectiva de software basados en x86 muchos sistemas de

tiempo real se pueden crear y controlar de forma individual, en grupos, o una mezcla de grupos y

de los sistemas individuales.

XPC Target también tiene una opción incorporada. Esto permite que un diseñador o un ingeniero

para implementar sus algoritmos independientes sin el ordenador o en una configuración

integrada a la mayor cantidad basados en x86 sistemas de tiempo real como se desee.