FPGA et roues codeuses

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Présentation

Aperçu

Le sujet propose de réaliser un système simple sur cible FPGA permettant de :

• Lire et décoder une ou plusieurs roues codeuses ;
• Asservir un ou plusieurs moteurs, soit pas-à-pas soir à courant continu.

La cible visée sera un FPGA de chez Xilinx (carte de développement). En parallèle, une carte d'interface de puissance sera réalisée (interface entre FPGA et moteurs).

Cahier des charges étendu

Description

Ce projet s'inscrit dans le cadre de la réalisation d'un robot mobile autonome, capable de se déplacer avec précision grâce au retour de ses capteurs. La propulsion du robot est effectuée par deux moteurs à courant-continu, chacun couplé à une roue motrice tandis que le retour sur le déplacement est lui obtenu par deux codeurs à quadratures de phases couplés à des roues de mesures. Il est aussi possible de récupérer l'information de vitesse des moteurs grâce à des dynamos tachymétriques ou par le biais d'autres codeurs à quadratures de phases directement couplés au moteur.

Pour approcher ce fonctionnement, on travaillera initialement sur un seul codeur et un seul moteur. L'objectif est d'interpréter les signaux en quadratures de phases avec un FPGA et d'effectuer à partir de cette information un asservissement en vitesse du moteur.

Si ce fonctionnement de base est obtenu suffisamment tôt, des améliorations sont envisageables, comme par exemple :

• Commande et mesure pour plusieurs moteurs et codeurs ;
• Pilotage du FPGA par un protocole de communication (série, CAN, I2C, à déterminer …) ;
• Asservissement polaire (cas d'un déplacement de robot) ;
• Calcul d'odométrie.

La liste est non exhaustive.

Travail à réaliser 

• FPGA :
  • Récupération des signaux codeurs ;
  • Interprétation des signaux et comptage ;
  • Écriture de la mesure sur un bus ;
  • Lecture de la consigne d'asservissement ;
  • Asservissement et génération de la consigne moteur.

• Électronique de puissance :
  • Carte de conversion consigne (signaux logiques) en commande (tension avec puissance) ;
  • Éventuelle protection en tension et en courant de la carte.

Caractéristiques 

Les moteurs utilisés peuvent être de deux types différents :

• Graupner Speed 720 BB Torque.

Alimenté en 0-12V avec des courants max de 3A et des courants moyens de 750mA.

• Faulhaber 3557K024CS.

Alimenté en 0-24V avec des courants max de 1,1A et des courants moyens de 65mA.

Ces deux types de moteurs représentent des cas très usités, il conviendra donc d'avoir une carte de puissance permettant d'assumer ces deux configurations.