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 Ilmenaumike.eichhorn@tu-ilmenau.de

Marco Jacobi, Divas Karimanzira, Torsten PfützenreuterFraunhofer IOSB-ASTmarco.jacobi@iosb-ast.fraunhofer.de

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