Intégration d'une carte d'acquisition et de commande dans un véhicule autonome

• Rapport du projet :media:Rapport_Février.pdf
• Codes ( Layouts interface ControlDesk & Arduino & MatlabSimulink nécessite Matlab 2006) : media:ProjetRobucar1103.zip

Objectifs

• But principal : remonter un robucar.
  • Sous objectifs :

=> Intégrer la carte d'acquisition Dspace.

=> Commander les moteurs.

=> Commander les vérins de direction.

=> Lire les valeurs de capteurs.

=> Réguler la direction et la vitesse.

=> Réaliser la supervision du véhicule.

Séance 24 septembre

• Prise de contact avec l'équipe LAGIS travaillant sur le projet INTRADE.
• Première rencontre avec le châssis (épave sans moteurs/roues à l'arrière).

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Séance 25 septembre

• Contact avec notre tuteur (Mr. Rochdi Merzouki) : présentation des attentes et des objectifs du projet.

=> PowerPc Dspace 1103 et sa carte d'acquisition unique.

=> Définition de l'objectif final : faire rouler le robucar.

• Remontage des moteurs (triangles + biellettes de direction) sur le châssis.

=> Remontage des batteries.

• Matériel disponible :

- Dspace 1103 et sa carte d'acquisition.

- Ordinateur fixe équipé de : Matlab 2006a + Control Desk + clé usb d'activation de controlDesk + une interface pour communiquer avec la DS1103.

Séance 26 septembre

• Prise en main de Dspace/Control Desk à travers la réalisation d'un tutoriel récupéré sur internet.
• La programmation de la Dspace se fera à travers matlab en temps réel. le logiciel Control Desk nous permettra de réaliser une interface de commande.

Séance 1 octobre

• Récupération des paramètres des deux variateurs alimentant les deux moteurs depuis un autre véhicule Robucar opérationnel.
• Génération d'un signal 0 -> 5V à travers l'E/S Analogique de la Dspace pour la commande des moteurs.
• Attente de la fin du câblage des moteurs (arrières) pour des premiers tests.

Séance 3 octobre

• Premiers tests :

=> envoi d'une consigne aux moteurs.

=> problèmes sur la commande : les variateurs sont en défaut.

=> Solutions : câblage de toutes les masses sur une seul masse commune et initialisation des moteurs à l'arrêt (envoi d'une consigne 2,5V).

• travaux réalisés :

- Réalisation d'une première interface de contrôle sur Control Desk.

- Démarrage des deux moteurs du train arrière.

- Génération d'un signal PWM (en prévoyance pour le vérin de direction).

Séance 8 octobre

• Travaux réalisés :

- Câblage des codeurs incrémentaux.

- Récupération des données des codeurs incrémentaux (droit et gauche).

=>possibilité de réguler la vitesse des roues.

• Objectifs prochaine séance : commencer la régulation des roues en vitesse.

Séance 10 octobre

• Travaux réalisés :

- Conversion de la valeur du capteur incrémental : position -> vitesse (tr/s).

- Choix et réalisation de la commande des moteurs en pourcentage (0% = arrêt , 100% = vitesse max).

- Instauration d'un switch sur notre interface de commande pour la marche arrière.

- Régulation de chaque roue en vitesse.

=> Résultat : Les deux roues sont synchronisées et tournent à la même vitesse.

Séance 15 octobre

• Acquisition du modèle du moteur.
• Travaux réalisés

- Réalisation du modèle de supervision sous Simulink.

- test du modèle + comparaison avec système réel.

=> résultats cohérents.

Séance 17 octobre

• Supervision

- Mise en place des blocs "évaluation RRA" et "capteurs" pour le modèle.

- Documentation sur les seuils (bloc détection + isolation).

=> Matrice de signature des fautes.

• Commande du vérin :

Le vérin est équipé d'un codeur absolu communicant en SSI. N'ayant pas d'interface SSI sur notre carte d'acquisition Dspace nous avons choisi de réaliser une conversion SSI -> RS232 à travers un arduino. Matériel :

- devoir se procurer un arduino pour réaliser la conversion SSI/RS232.

Séance 18 octobre

• Supervision

- Détermination des seuils pour une correspondance avec la MSF.

- Réalisation sous control Desk d'une fenêtre "message d'erreur".

- pour l'instant le système n'est pas isolable redondance capteur à envisager).

• Matériel:

- Récupération d'un arduino Mega

Séance 5 novembre

• Installation d'une carte avec Arduino dans le boitier de puissance.

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• Travaux réalisés:

- Réalisation d'un code sur Arduino pour récupérer la valeur du capteur absolu.

=> On trouve des valeurs entre 8000 et 13000 (valeurs incohérentes !!!)

Séance 7 novembre

• Câblage du vérin de direction.
• Travaux réalisés :

- Génération d'un signal PWM pour commander le vérin.

- Génération de signaux digitaux pour l'inhibit et pour le choix du sens de la direction.

=> Résultat: Déplacement du vérin opérationnel.

Séance 12 novembre

• Travaux réalisés :

- Implémentation du code liaison série sur Arduino

=> mise en place de la communication série ( parité, nb bits stop, longueur du message)

Séance 14 novembre

• Travaux réalisés :

- Réalisation d'une carte pour la conversion TTL -> RS232 à l'aide d'un pic MAX232N.

- Test de la carte => communication série fonctionnel.

Séance 19 novembre

• Travaux réalisés :

- Test de la carte.

=> Communication Arduino/Dspace établie sur 1 octet. Données échangées entre le capteur et l'arduino sur 2 octets.

- Problème : envoie sur 2 octets NON fonctionnel.

=> Développement du code arduino pour essayer de résoudre le problème.

-Solution : temporisation entre chaque envoi

Séance 20 novembre

• Travaux réalisés:

- Utilisation d'un volant/pédales en usb sur Dspace.

- Commencement d'une stratégie de commande en vitesse. (5 vitesses déclarées).

=> objectif : obtenir un démarrage doux.

- Obtention d'information décisives sur le capteur absolue

=> Correction du code Arduino pour correspondre aux données du capteur (13bits et codé en binaire).

Séance 21 novembre

• Travaux réalisés:

- Développement de la stratégie de commande en vitesse.

=> Résultat acceptable.

- Récupération des valeurs extrêmes pour le codeur absolu (5040 et 3984).

- Mise en place d'un système de freinage.

- Réalisation sur papier de la régulation de la direction.

- Nettoyage du code Arduino + commentaires.

• Objectifs prochaine séance :

- Implémentation sous Simulink de la régulation de direction.

- Tests de la régulation

Séance 23 novembre

• Travaux réalisés :

- Implémentation sous Simulink de la régulation de direction.

=> la régulation n'est pas parfaite, les biellettes de direction touchent légèrement le châssis.

=> La régulation n'est pas "smooth", on voit des paliers ainsi que des dépassements.

=> A corriger pour la prochaine séance.

Séance 26 novembre

• Travaux réalisés :

- Tests pour différentes valeurs des paramètres du correcteur.

=> les paliers sont moins visibles et il n'y a plus de dépassement.

Séance 27 novembre

• Travaux réalisés :

- Nettoyage sur Simulink et ControlDesk.

=> Amélioration de l'interface visuel.

- Recherche d'un modèle cinématique pour prendre en compte la différence de vitesse de chaque roue en virage.

Janvier 2013

• Modification du code Matlab-Simulink:

- Jusqu'à présent les différents programmes ont été réalisés uniquement pour le train arrière.

- Duplication du code pour le train avant.

- Modification des blocs pour prendre en compte les capteurs et actionneurs du train avant.

• Régulation de la traction:

- Branchement du train avant sur la dSPACE.

- Premiers tests pas très convainquant : problèmes de hardware (mauvais branchements sur la voiture).

- Résolu : les quatre roues tournent à la même vitesse de consigne.

• Modification du code Arduino:

- Branchement du deuxième capteur absolu.

- Initialisation des registres.

- Récupération des données des deux capteurs.

- Envoie des données sur le port RS232 de la dSPACE.

- On récupère bien les bonnes données, nous pouvons donc passer à la régulation de la direction.

• Régulation de la direction:

- Premiers tests = échec : la direction avant part en buté malgré l'inhibit.

- Problème trouvé : le variateur est mal câblé.

- Résolu : la direction est bien régulée, à l'avant comme à l'arrière.

• Interface graphique: création d'un interface graphique évolué.

- Réalisation d'un script en python permettant :

- Le chargement automatique du fichier "Map File" dans la dSPACE au lancement du programme.

- L'affichage automatique du poste de pilotage en plein écran en mode animation (l'utilisateur peut conduire la voiture directement, sans connaître le logiciel ControlDesk).

- Réalisation de plusieurs layouts :

- Poste de pilotage (avec toutes les données importantes à la conduite).

- Mode manuel alternatif (permet de contrôler manuellement la voiture en cas de bug de la régulation).

- Régulation de la direction (toutes les données utiles pour la régulation de la direction).

- Régulation de la traction (toutes les données utiles pour la régulation de la traction).

• Reste à faire:

- Acquisition et sauvegarde des valeurs de courant, tension et vitesse.

- Intégrer une centrale inertielle au châssis.

- Monter la coque du véhicule

- Test du véhicule à l'extérieur en pilotage manuel.

Février 2013

• Acquisition et sauvegarde des valeurs de courant, tension et vitesse.

- Utilisation de la librairie "Clib". Cette librairie en C permet de communiquer avec la Dspace sans passer par le logiciel habituel ControlDesk.

- En utilisant cette librairie, on a réalisé un programme permettant de récupérer les différentes mesures en temps réel et de les stocker dans un fichier .txt .

• Intégration d'une centrale inertielle du type Xsens MTi.

- La Dspace n'est pas équipée de port USB. On a bronché la centrale directement sur un des ports USB du PC.

- Le fabriquant fourni plusieurs librairies pour l'acquisition des mesures.

- Réalisation d'un programme en C++ utilisant la librairie Clib et les différentes librairies fourni par le fabriquant pour l'acquisition des données et la communication entre le PC et la Dspace .

• Optimisation de l'espace et montage de la coque

- Une fois les différents programmes (commande, acquisition et supervision) testés sur cales, on a :

- Soudé les connectiques.

- Optimisé l'espace occupé par les câbles.

- Nettoyé le châssis et la coque.

- Monté la coque.

- ===>

• Test et validation du véhicule à l’extérieur.

- Les tests du véhicule se sont effectués dans la piste d'essai du laboratoire Lagis qui se situe à 50 m de Polytech'Lille.

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- Les parties testées et validées :

- La traction et les accélérations.

- La régulation de la direction.

- L'interface graphique de commande et de supervision.

- Les modes de direction : Multi-direction, Parking, avant seul, arrière seul.

- Fiabilité du montage de la coque.

- Ces différents tests nous ont permis de prendre connaissance puis de corriger plusieurs problèmes à savoir :

- Accélérations brutales:

- Analyse  : Pendant la phase de teste, on a remarqué que les accélérations sont trop brutales ce qui rend la conduite du véhicule désagréable. En effet les moteurs passent de 0 à la consigne désirée instantanément.

- Solution : On a augmenté le temps de réponse des moteurs au niveau des variateurs.

- Blocage de la direction :

- Analyse  : On a remarqué que la direction se bloque. Le problème venait de la stratégie de commande, en effet afin d'éviter que les vérins de direction aillent en buté, on a fixé des seuils à ne pas dépasser. Au-delà la commande de la direction est arrêtée. Ces seuils ont été fixés à vide sur cale, avec le poids et l'inertie du véhicule ces seuils sont vite dépassés.

- Solution : On a défini de nouveaux seuils expérimentalement.

- Connectique non fixée :

- Analyse  : Il suffisait d'aller légèrement plus vite (15 km/h) puis de freiner brutalement pour se rendre compte qu'il fallait revérifier les connectiques. En effet la connectique reliant les codeurs absolus au bloc de puissance s'est débranché ce qui a causé l'arrêt de la régulation de direction et donc de la direction.

- Solution : On a démonté la coque pour revérifier toutes les connectiques.