P HN II: NI DUNG
3.1.2.5 Encoder 100 xung
1, Dây encoder, 2 Gí đỡ encoder, 3 Khớp nối mềm với motor
Encoder là thiết bị dùng để xác định vị trí, v n tốc, gia tốc góc c a tr c lái. Đ c l p đồng tr c với động cơ điều khiển tr c lái bằng một khớp nối mềm. Khi động cơ quay kéo theo encoder 100 quay theo với t̉ l 1÷1. Mỗi vòng quay c a động cơ thì Encoder sẽghi đ c 100 xung.
Encoder 100 xung có đ ng kính 46mm, có tr c đ c đỡ bằng ổ bi với ma-sát tr c rất bé. Encoder có 4 chân ra gồm: Hai chân cấp nguồn (5V và GND), hai dây tín hi u (Kênh A và B). Qua 2 tín hi u kênh A và kênh B cho ta biết đ c động cơ đang quay theo chiều thu n hay chiều ng c và vị trí c a góc lái
1
3
2
3.2 Xây d ng ph n m m đi u khi n h th ng lái SBW đi u khi n t xa 3.2.1 Ph n đi n mô hình h th ng lái không tr c lái:
Sơ đô kêt nôi ma ̣ch điê ̣n của mô hinh hê ̣ thông lai SBW đ ợc hiển thi ̣ ở hình 3.11
Sơ đô m ch đi n bao gồm:
Khung 1 là khung truyên d ̃ liê ̣u t xa qua WIFI.
Khung 2 là khung điêu khiển bên server bao gôm cac chi tiêt sau : Card giao tiếp HDL 9090, Encoder, c quy 12V.
Khung 3 là khung điêu khiển bên Client bao gôm cac chi tiêt sau : C m biến dòng ACS712, Card giao tiếp USB HDL 9090, encoder RW, nguồn 12 VDC.
Hình 3.11: Sơ đồ kết nối mạch điều khiển mô hình hê ̣ thông lai băng điê ̣n
Server Client
Card HDL9090
Cơ câu ta ̣o c m giác lái Encode Card HDL 9090 Cơ câu thay đổi góc lái Encoder Camera ASC71 1 2 3 Wifi
Nguyên lý ho t động:
Bên Server khi ng i lái tác động làm thay đổi vị trí vô lăng, vị trí này đ c encoder HW chuyển về LabVIEW thông qua Card giao tiếp HDL 9090. Khi đó LabVIEW sẽ tín toán tỉ l h p lý và gửi tín hi u điều khiển tới Card USB HDL 9090. T i đây, Card USB HDL 9090 cấp tín hi u đi n tới cơ câu điêu khiển cảm giac lai. Encoder dùng để tính toán góc vô lăng g ̉ i vê may tinh.
Bên Client thi mô-men c n t i cơ cấu lái sẽ tác động lên động cơ RW tăng làm dòng điều khiển động cơ RW tăng để nh n biết điều này, c m biến dòng ACS712 đ c đ a vào. Camera co tac dụng thu hinh ảnh truyên vê Server thông bao cho ng ơi điêu khiển biết hi n tr ng đ ng đi.
Server va Client giao tiêp qua WIFI, các dữ li u đ c truyền qua l i.
3.2.2 C m bi n dòng đi n ACS712
ACS712 là một c m biến đo dòng đi n có giá thành h p lý và độ chính xác cao và là một gi i pháp tốt cho vi c đo dòng đi n AC hoặc DC trong công nghi p và điều khiển…Vi c sử d ng nó rất đơn gi n, đặc bi t là trong điều khiển t i động cơ, công t c ng t nguồn đi n tựđộng khi có sự cố vềdòng đi n.
đây sử d ng c m biến đo dòng để t o ra c m giác lái cho vô lăng. Khi góc đánh lái tăng lên thì c m giác tay lái tăng và tốc độxe càng tăng cũng làm cho c m giác lái gi m đi. Từđó ta dựa vào dòng đo đ c từđộng cơ DC để ph n hồi lên h thống Steer-By-Wire
Hình 3.13: Sơ đồ chân cảm biến ACS712
Hai chân IP1 và IP2 đ c nối chung với nhau nối vào d ơng ( + ) motor DC
Hai chân IP3 Và IP4 đ c nối chungvới nhau và đ a về cực âm ( - )
Vc là cực nguồn 5Vol ( Tùy vào thông số c a mỗi lo i c m biến ) và nối tiếp t CBYP = 0.1µF ổn định nguồn đi n
GND nối mass c a nguồn 5Vol
Filter chân đ c nối với một t CF=1nF có công d ng là chống nhi u
Chân Vout là chân đi n áp ra c a c m biến chân này đ c nối vào Card giao tiếp. Đó là thông tin vềdòng đi n mà c m biến đo đ c.
12 V
Hình 3.14: Mối liên hệ giữa điện áp và dòng điện trong cảm biến ACS712
- Ho t động c m biến dòng ACS712: Dựa vào sơ đồ hình 3.13 sẽ hiểu về ho t động c a c m biến dòng. Khi mô-men c n t i động cơ tăng thì dòng điều khiển cơ cấu lái cũng tăng theo, c m biến dòng đ c m c nối tiếp với động cơ nên cũng tăng theo, căn c vào hình 3.14 khi dòng tăng thì đi n áp đầu ra c a c m biến dòng tăng theo và gửi tín hi u đó về bộ vi xửlý để thông báo sựthay đổi.
3.2.3 Laptop dùng cho Server và Client
Trong quá trình nghiên c u tác gi sử d ng laptop cá nhân c a mình để điều khiển. Laptop dùng cho server dùng laptop ACER. Laptop bên Client dùng c a máy tính ACER
Hình 3.15: Laptop ACER
Các laptop này đều đư đ c cài đặt phần mềm LabVIEW và đư đ c ng i nghiên c u giới thi u phần cơ s lý thuyết
3.2.4 Gi i thi u card USB HDL 9090
Card USB HDL 9090 là card thu th p dữ li u và xuất tín hi u điều khiển kh năng thế h tiếp theo c a USB HDL 9090. Ngoài các ch c năng đư có trên USB HDL 9090 nh thu th p dữ li u từ các c m biến, điều khiển ON/OFF, điều chế xung PWM v.v. HDL 9090 còn có ch c năng Digital Input giúp b n ng d ng linh ho t hơn. Với tính năng v ơt trội nh tốc độ cao ADC cao hơn 5 lần và chính xác hơn 4 lần so với HDL 9001, card USB HDL 9090 là lựa chọn tối u cho ng d ng thu th p dữ li u và điều khiển.
Hình 3.16: Card USB HDL 9090
Mô t c thể các chân tín hi u c a card HDL 9090 nh b ng sau:
KÝ HI U MÔ T LO I
GND Ground ậ chân mát Nguồn
VCC Nguồn 5V lấy từ USB Nguồn
CNT+/CNT- Chân ñếm Counter Input
DI1-DI4 Tín hi u vào d ng số 0-5V Input
SW1-SW4 Tín hi u ra d ng số 0-5V Output
DIR Set bộđếm xung ñếm lên(5V) hay đếm xuống (0V) Input
PULSE Đếm xung tín hi u 0-5V Input
PWM1- PWM2 Xuất tín hi u PWM đểđiều khiển Output ADC1- ADC6 Nh n tín hi u vào t ơng tự (Analog) 0-5V Input
Bảng 5: Thông số kỹ thuật của Card USB HDL 9090
Hàm Hocdelam USB HDL 9090: để truyền nh n tín hi u từ LabVIEW với card USB HDL 9090 chúng ta cần sử d ng hàm này
Mô t các chân c a hàm USB HDL 9090 để l p trình nh b ng sau:
CHÂN LO I MÔ T
USB Card Control T o control t i chân này để chọn thiết bị USB HDL 9090
SW1-SW4 Control
Nối giá trị Boolean (TRUE-FALSE) vào các chân này để phần c ng HDL 9090 xuất ra tín hi u số t ơng ng (TRUEL 5V, FALSE 0V)
PWM1-PWM2 Control Nối giá trị số nguyên 0-500 vào để phần c ng xuất xung PWM có duty cycle t ơng ng là 0-100% PWM Frequency
(3-60kHz) Control
Nối giá trị từ 3000-60000 vào để chọn tần số tín hi u PWM card xuất ra.
DI1-DI4 Indicator Giá trị tín hi u số đọc đ c từ chân DI1-DI4 trên card. Giá trị mặc định là TRUE (5V)
ADC1-ADC6 Indicator Giá trị ADC (0-1023) đọc đ c từ các chân ADC t ơng ng trên card
Encoder Indicator Giá trị encoder 0-100000
Bảng 6: Cách kiểm tra Card USB HDL 9090
3.2.5 M ch đi n đi u khi n nô hình vô lăng
M ch đi n điều khiển mô hình vô lăng đ ợc hiển thi ̣ ở hinh 3.19. Các tính năng làm vi c c a các ma ̣ch điê ̣n đi n này nh sau:
STT Tên chi ti t Tính năng
1 Card HDL 9090 Thu th p dữ li u điều khiển.
2 M ch khuếch đ i Khuếch đ i công suất điều khiển động cơ HW. 3 T đi n xoay chiều H n suất dòng ng c c a động cơ HW.
Hình 3.19: Thành phần mạch điều khiển cảm giác lái
3.2.6 L p trình tái t o c m giác lái mô hình 3.2.6.1 Giao di n đi u khi n 3.2.6.1 Giao di n đi u khi n
Phân giao diê ̣n điêu khiển bao gôm 2 phân Server va Client.
Phân 1: là giao di n Server c a đề tài.
Hình 3.20: Giao diện truyên nhận tín hi ệu bên server
ệ ề ậ ệ
Nguyên ly hoạt dộng
Khi ch ơng trinh hoa ̣t đô ̣ng thi tin hiê ̣u goc lai của mô hinh Server sẽ truyên qua WIFI . Muôn truyên qua WIFI thi ph i khai bao port truyên giông vơ i port nhâ ̣n
Server sẽ nhâ ̣n phản hôi tin hiê ̣u cảm biên dong va goc lai xe quân s ̣ thông qua khai bao port phản hôi va IP phản hôi.
Camera phản hôi hinh ảnh vê thông bao thông tin cho ng ơi điêu khiển.
Khung nút điều khiển:
Nút thiết l p l i co ch c năng xác l p vị trí ban đầu c a góc vô lăng mô hình Server.
Nút kh i động co ch c năng cho phép t o c m giác trên mô hinh Server.
Phân 2: là giao diê ̣n Client của đê tai.
Nguyên ly hoạt động
Khung thông sô hoa ̣t đô ̣ng co tac dụng thiêt lâ ̣p thông sô hoa ̣t đô ̣ng của xe quân s ̣.
Khung thông sô nhâ ̣n co tac dụng nhâ ̣n goc mô hinh vô lăng bên Server g ̉ i xuông để điêu khiển h ơng xe quân s ̣.
Khung thông sô truyên co ch c năng truyên dong i va goc lai xe quân s ̣ lên Server để thay đổi cảm giac lai.
3.2.6.2 Giao di n l p trình mô hình
Cũng nh giao di n hiển thị , giao diê ̣n lâ ̣p trinh mô hinh gôm 2 phân giao diê ̣n lâ ̣p trinh Server va giao diê ̣n lâ ̣p trinh Client.
Giao diê ̣n lâ ̣p trinh bên Server.
Hình ̀.22: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trình tính toán mô-men phản hồi tạo cảm giac lai
Nguyên lý Hoạt động: (Hình 3.22)
Sau khi nh n tín hi u ph n hồi góc RW bên cơ cấu lái, giá trị dòng i từ máy Client truyền về và kết h p với góc HW trên vô lăng điều khiển thì thu t toán sẽ tính toán đ c giá trị mô-men t o lên vô lăng điều khiển nhằm t o ra c m giác lái xác thực trên vô lăng.
Thu t toán tính toán mô-men ph n hồi dựa vào c m biến Góc HW Góc RW ph n hồi C m biến dòng I ph n hồi Cơ cấu t o mô- men trên vô lăngđiều khiển
Hình 3.23: Giao diện tính toán mô-men phản hồi tạo cảm giac lai
Nguyên lý Hoạt động: (Hình 3.23)
L p trình trên hinh 3.23 sẽ tính toán góc vô lăng trên mô hình Server , sau đo tuyên tinh hiê ̣u goc lai qua Client thông qua ph ơng th c TCP.
Hình ̀.2́: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trình truyên nhận dữ liê ̣u bên server
Bộ phát WIFI- truyền dữ li u tính toán bên Sever Góc HW Bộ thu WIFI - nh n dữ li u tính toán bên Sever Dòng i Hình nh ph n hồi Góc RW Tới Client Từ Client
Nguyên lý Hoạt động: ( Hình 3.24)
Tín hi u góc quay vô lăng HW đ c gửi tới Client qua bộ ph n phát WIFI bên Server để tính toán điều khiển góc quay RW c a cơ cấu lái. Đồng th i, bộ thu dữ li u bên Sever sẽ nh n dữ li u ph n hồi dòng i, hình nh, góc quay RW cơ cấu lái từ máy Client để tính toán mô men ph n hồi trên vô lăngđiều khiển cũng đ a dữ
li u hình nh lên cửa sổ giao di n với ng i điều khiển.
Hình 3.25: Giao diện truyên nhận dữ liê ̣u bên server
Nguyên lý Hoạt động: (hình 3.25)
L p trình trong hinh 3.25 sẽ thực hi n vi c nhâ ̣n tin hiê ̣u từc m biến dòng và góc lái xe quân sự truyền về để tính toán ph n hồi c m giác lái cho mô hình bên Server. Nh vâ ̣y, s ̣truyên nhâ ̣n qua la ̣i gi ̃a Server va Client sẽ co độ trễ , s ̣ châ ̣m trễ nay đ ợc tinh toan phân sau.
Giao diê ̣n lâ ̣p trinh bên Client.
Thu t toán so sánh góc HW và RW Tín hi u Góc HW Góc RW ph n hồi Phát wifi Thu wifi Cơ cấu điều khiển góc RW Tín hi u điều khiển
Nguyên lý Hoạt động: (Hình 3.26)
Khi ng i lái xoay vô lăng, thì tín hi u góc lái này (góc HW) đ c máy bên Server thu nh n. Tiếp theo tín hi u này đ c bộ phát và thu WIFI truyền đi đến máy bên Client, t i đây tín hi u này đ c thu t toán so sánh góc HW và RW. Từ đó sẽ gửi tín hi u điều khiển đến cơ cấu lái để diều khiển góc lái RW ng với góc xoay c a HW.Trong quá trình cơ cấu lái làm vi c, thì tín hi u ph n hồi góc lái RW luôn đ c gửi về để thu t toán so sánh với góc lái HW. Quá trình c thế di n ra và kết thúc khi góc lái HW và RW t ơng ng với nhau.
Hình 3.27: Giao diện lập trình điêu khiển goc lai xe quân sự
Nguyên lý Hoạt động: (Hình 3.27)
L p trình trong hinh 3.27 sẽ tính toán góc lái RW c ần điêu khiển cơ cấu lái trên cơ s dựa vào tin hiê ̣u goc lái HW c a vô lăng trên mô hinh bên Server truyên xuông.
Hình ̀.28: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trình truyên nhận bên Client
Nguyên lý Hoạt động: (Hình 3.28)
Khi ng i lái xoay vô lăng, thì tín hi u góc lái này (góc HW) đ c máy bên Server thu nh n. Tiếp theo tín hi u này đ c bộ phát và thu WIFI truyền đi đến máy bên Client, t i đây tín hi u này đ c thu t toán so sánh góc HW và RW. Từ đó sẽ gửi tín hi u điều khiển đến cơ cấu lái để diều khiển góc lái RW ng với góc xoay c a HW. Trong quá trình cơ cấu lái làm vi c, thì tín hi u ph n hồi góc lái RW luôn đ c gửi vềđể thu t toán tính toán. Sau đó, tín hi u này đ c gửi về bên Server qua bộphát WIFI để so sánh với góc lái HW. Cùng lúc này, giá trị c a dòng i trên động cơ dẫn động cơ cấu lái cũng đ c c m biến dòng đ a về bộ phát WIFI trên máy Client. T i đây, tín hi u dòng i này đ c truyền về máy Server làm cơ s để tính toán mô men ph n hồi c m giác lái trên vô lăng điều khiển.
Bộ thu WIFI: nh n dữ li u tính toán bên Client Tín hi u điều khiển từ sever Cơ cấu điều khiển góc lái RW Bộ phát WIFI: truyền dữ li u tính toán bên Client Tín hi u ph n hồi đến sever C m bến dòng C m biến góc RW
Hình 3.29: Giao diện lập trình truyên nhận bên client
Nguyên lý Hoạt động: (Hình 3.29)
L p trình trong hinh 3.29 là giao di n nh n góc lái HW trên vô lăng từ mô hình bên Server, đồng th i truyên tín hi u dong điê ̣n i c a động cơ điều khiển cơ cấu lái va goc lai RW c a cơ cấu lái (Client) lên mô hinh vô lăng đ iều khiển (Server).
3.3 Thu t toán và l p trình h th ng lái không tr c lái đi u khi n t xa
3.3.1 Gi i thi u l u đồ thu t toán cho xe có h th ng lái SBW đi u khi n t xa
Khi hoa ̣t đô ̣ng ch ơng trinh bên Server sẽ g ̉ i tin hiê ̣u goc xoay vô lăng qua WIFI đên client. Bên Client sẽ nhâ ̣n tin hiê ̣u va tinh toan goc lai xe quân s ̣ va điêu khiển xe quân s ̣ thay đổi h ơng.
Khi xe quân s ̣ thay đổi h ơng do đô ̣ng cơ tac đô ̣ng, s ̣ ma sat ta ̣i mă ̣t đ ơng càng lớn thì c m biến dòng ch o dong cang cao. Khi ây tin hiê ̣u dong sẽ đ ợc truyên