Entwicklung und Test der Führungssoftware für das AUV ... · PDF filetechnik (AST)...
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6 DOF Starrkörpermodell Hydrodynamikmodellierung durch bekannte Heuristiken Forschung C++ Visual Studio 2010 Vorwärtsschub u Nicklagewinkel Θ Kurswinkel Ψ Tauchen w Führungsregler „Line of Sight“ (LOS) Zustandsregler oder adaptive entkoppelte PID-Regler www.tu-ilmenau.de Entwicklung und Test der Führungssoftware für das AUV „CWolf“ mittels MBD Mission & Task Management Vehicle Autopilot Navigation FOG DVL GPS ... Thruster Interface M1 M4 M2 M3 VB VS CAN mission plan Mike Eichhorn, Ralf Taubert, Christoph Ament Technische Universität Ilmenau [email protected] Marco Jacobi, Divas Karimanzira, Torsten Pfützenreuter Fraunhofer IOSB-AST [email protected] Herausforderung Entwicklung der Führungssoftware für das Autonome Unterwasser- fahrzeug „CWolf“ des Fraunhofer-Institutsteils Angewandte System- technik (AST) unter Einhaltung der zeitlichen Restriktionen und der spezifizierten Anforderungen. Lösung Verwendung von MATLAB und Simulink für den Model-Based Design (MBD) Ansatz zur Modellierung, Simulation und Implementierung des Autopiloten und des physikalischen Fahrzeugmodells auf die ent- sprechenden Zielplattformen. Autopilot Physikalisches Fahrzeugmodell Algorithmen sollen als ausführbares Programm unter Windows 7 32-bit auf einem Mini-PC laufen Schnelle Modifikation der Algorithmen bei Seeversuchen Durchführung einer Reglerparameteroptimierung Robustes Regelverhalten im gesamten Arbeits- bereich (u = -1.0-3.0 m/s) Einbindung des Fahrzeugmodells als C++ Klasse in den Linux-basierten Fahrzeugsimulator am AST Nutzung der blockorientierten Struktur von Simulink zum einfachen visuellen Editieren der Funktionalitäten Modell wird für den Entwurf des Autopiloten verwendet Realistische Nachbildung des Fahrzeugverhaltens Dieses Projekt wurde mit Mitteln des Europäischen Fonds für nationale Entwicklung (EFRE) der Europäischen Union durch die Thüringer Koordinierungsstelle für Transnationale und Interregionale Aktivitäten (Koordinierungsstelle TNA) unter dem Förderkennzeichen TNA VIII-3/2011 gefördert. EICHHORN, MIKE; TAUBERT, RALF; AMENT, CHRISTOPH; JACOBI, MARCO AND PFUETZENREUTER, TORSTEN: Modular AUV System for Sea Water Quality Monitoring and Management - Oceans '13 IEEE Bergen, 2013. TAUBERT, RALF; EICHHORN, MIKE; AMENT, CHRISTOPH; JACOBI, MARCO; PFUETZENREUTER, TORSTEN: Model Identification and Controller Parameter Optimization for an Autopilot Design for Autonomous Underwater Vehicles - Oceans '14 IEEE Taipei, 2014. Anforderungen Entwurf Automatic Code Generation C++ Headers: RTWAutopilot.h, rtwtypes.h, rtw_solver.h, rt_defines.h, rt_zcfcn.h, rtGetInf.h,... Integration Simulink Coder™ C++ Sources: RTWAutopilot.cpp, RTWAutopilot_data.cpp, rtGetInf.cpp, rt_zcfcn.cpp,... Report: .html Autopilot_C: Autopilot.cpp Library: Autopilot.lib = + Executable: Autopilot.exe Main Function: main_Autopilot.cpp C-Mex-S-Function: sfun_Autopilot.mexw32 Wrapper-S-Function: sfun_Autopilot.cpp = + + = IV. TP: Test bei Seeversuchen Pokini Z550 Intel Atom, 2GB RAM, Windows 7 32-bit III. TP: Test im Fahrzeugsimulator CWOLFVehicleModel_C m_desiredActuators : LLC_Setpoints_CWolf m_actualActuators : LLC_Setpoints_CWolf CWOLFVehicleModel_C() <<virtual>> ~CWOLFVehicleModel_C() <<const>> GetActualActuators() SetDesiredActuators() <<virtual>> Init() <<virtual>> Update() (from CWOLFVehicleModel) ConSys Messaging navData Setpoints Course Vehicle Dynamics Simulator Setpoints Thruster navData Vehicle Kinematics Simulator Setpoints Course navData navData Setpoints Thruster Setpoints Course navData + ConSys Software Framework Testphasen (TP) I. Test der Funktionalität und der Interaktion der einzelnen Module II. Test des erzeugten C und C++ Codes der einzelnen Module III. Test der einzelnen ausführbaren Modulprogramme im Simulator IV. Test der Software bei realen Versuchsfahrten Simulink System zum Test des Autopiloten Blockschaltbild des Fahrzeugmodells Simulink-System des Fahrzeugmodells Umsetzung I. TP: Test in MATLAB/Simulink Einbindung des gene- rierten Codes in die Klasse des Fahrzeugmodells Simulink Coder™ Setpoints Thruster Vergleich Implementierung II. TP: Test in MATLAB/Simulink () ( ) ( ) g( ) () RB RB A r A r r r r A Hydrostatik Starrkörper Hydrodynamik M C M C D B u
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6 DOF StarrkörpermodellHydrodynamikmodellierung durch bekannte Heuristiken
Forschung
C++ Visual Studio 2010
Vorwärtsschub uNicklagewinkel ΘKurswinkel ΨTauchen w
Führungsregler „Line of Sight“ (LOS)Zustandsregler oder adaptive entkoppelte PID-Regler
www.tu-ilmenau.de
Entwicklung und Test der Führungssoftware für das AUV „CWolf“ mittels MBD
Mission & Task Management
Vehicle
Autopilot
Navigation
FOG
DVL GPS
...
Thruster Interface
M1
M4
M2
M3
VB
VS
CAN
mission plan
Mike Eichhorn, Ralf Taubert, Christoph AmentTechnische Universität [email protected]
Marco Jacobi, Divas Karimanzira, Torsten PfützenreuterFraunhofer [email protected]
HerausforderungEntwicklung der Führungssoftware für das Autonome Unterwasser-fahrzeug „CWolf“ des Fraunhofer-Institutsteils Angewandte System-technik (AST) unter Einhaltung der zeitlichen Restriktionen und der spezifizierten Anforderungen.
LösungVerwendung von MATLAB und Simulink für den Model-Based Design (MBD) Ansatz zur Modellierung, Simulation und Implementierung des Autopiloten und des physikalischen Fahrzeugmodells auf die ent-sprechenden Zielplattformen.
Autopilot Physikalisches Fahrzeugmodell
Algorithmen sollen als ausführbares Programm unter Windows 7 32-bit auf einem Mini-PC laufen
Schnelle Modifikation der Algorithmen bei Seeversuchen Durchführung einer Reglerparameteroptimierung Robustes Regelverhalten im gesamten Arbeits-
bereich (u = -1.0-3.0 m/s)
Einbindung des Fahrzeugmodells als C++ Klasse in den Linux-basierten Fahrzeugsimulator am AST
Nutzung der blockorientierten Struktur von Simulink zum einfachen visuellen Editieren der Funktionalitäten
Modell wird für den Entwurf des Autopiloten verwendetRealistische Nachbildung des Fahrzeugverhaltens
Dieses Projekt wurde mit Mitteln des Europäischen Fonds für nationale Entwicklung (EFRE) der Europäischen Union durch die Thüringer Koordinierungsstelle für Transnationale und Interregionale Aktivitäten (Koordinierungsstelle TNA) unter dem Förderkennzeichen TNA VIII-3/2011 gefördert.
EICHHORN, MIKE; TAUBERT, RALF; AMENT, CHRISTOPH; JACOBI, MARCO AND PFUETZENREUTER, TORSTEN: Modular AUV System for Sea Water Quality Monitoring and Management - Oceans '13 IEEE Bergen, 2013.TAUBERT, RALF; EICHHORN, MIKE; AMENT, CHRISTOPH; JACOBI, MARCO; PFUETZENREUTER, TORSTEN: Model Identification and Controller Parameter Optimization for an Autopilot Design for Autonomous Underwater Vehicles - Oceans '14 IEEE Taipei, 2014.
Anforderungen
Entwurf
Automatic Code GenerationC++ Headers: RTWAutopilot.h, rtwtypes.h, rtw_solver.h, rt_defines.h, rt_zcfcn.h, rtGetInf.h,...
Integration
Simulink Coder™
C++ Sources: RTWAutopilot.cpp, RTWAutopilot_data.cpp, rtGetInf.cpp, rt_zcfcn.cpp,...
Report: .html
Autopilot_C:Autopilot.cpp
Library: Autopilot.lib=
+
Executable:Autopilot.exe
Main Function: main_Autopilot.cpp
C-Mex-S-Function: sfun_Autopilot.mexw32
Wrapper-S-Function: sfun_Autopilot.cpp =
+ +
=
IV. TP: Test bei SeeversuchenPokini Z550Intel Atom, 2GB RAM,Windows 7 32-bit
III. TP: Test im Fahrzeugsimulator
CWOLFVehicleModel_C
m_desiredActuators : LLC_Setpoints_CWolfm_actualActuators : LLC_Setpoints_CWolf
CWOLFVehicleModel_C()<<virtual>> ~CWOLFVehicleModel_C()<<const>> GetActualActuators()SetDesiredActuators()<<virtual>> Init()<<virtual>> Update()
(from CWOLFVehicleModel)
ConSys Messaging
navData
SetpointsCourse
Vehicle Dynamics Simulator
SetpointsThruster
navData
Vehicle Kinematics Simulator
SetpointsCourse
navData
navDataSetpointsThruster
SetpointsCourse
navData
+
ConSys SoftwareFramework
Testphasen (TP)I. Test der Funktionalität und der
Interaktion der einzelnen Module II. Test des erzeugten C und C++
Codes der einzelnen ModuleIII. Test der einzelnen ausführbaren
Modulprogramme im SimulatorIV. Test der Software bei realen
Versuchsfahrten
Simulink System zum Test des Autopiloten
Blockschaltbild des Fahrzeugmodells
Simulink-System des Fahrzeugmodells
Umsetzung
I. TP: Test in MATLAB/Simulink
Einbindung des gene-rierten Codes in die Klasse des Fahrzeugmodells
Simulink Coder™
SetpointsThruster
Vergleich
Implementierung
II. TP: Test in MATLAB/Simulink
( ) ( ) ( ) g( ) ( )RB RB A r A r r r r A
HydrostatikStarrkörper Hydrodynamik
M C M C D B u
