of 80 /80
BME Közlekedés- és Járműmérnöki Kar Közlekedés- és Járműirányítási Tanszék Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 -1- Irányítási rendszerek megvalósítása Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben

Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

  • Upload
    others

  • View
    9

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben,...

Page 1: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 1 -

Irányítási rendszerek megvalósítása

Irányítási rendszerek megvalósítása

Dr. Soumelidis Alexandrosegy. docens

Dr. Soumelidis Alexandrosegy. docens

Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben

Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben

Page 2: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 2 -

MérésAdatgyűjtés

Beavatkozás

Irányítás

Detektálás

Kommunikáció

Rendszer

Page 3: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 3 -

u+ DA Beavatkozó P Mérő /

Érzékelő AD–

C

Irányítási rendszerekIrányítási rendszerek

Digitális irányítási séma

y

Numerikus algoritmus

Page 4: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 4 -

u+ DA P Mérő /

Érzékelő AD–

C

Irányítási rendszerekIrányítási rendszerek

Digitális irányítási séma (variáns)

y

Numerikus algoritmus

Beavat-kozó

Page 5: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 5 -

Irányító egység:beágyazott számítógép

Irányítási séma:numerikus algoritmus

Beágyazott irányítási sémaBeágyazott irányítási séma

A D

y1(t)

A D

A D

y2(t)

yp(t)

z1(t)

z2(t)

……..

zp(t)

D A

D A

D A

v1(t)

v2(t)

vm(t)

u1(t)

u2(t)

um(t)

Rendszerállapotx1(t) x2(t) … xn(t)

Page 6: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 6 -

Beágyazott számítástechnikaBeágyazott számítástechnika

• Számítógép architektúra – általános séma

• A specifikus funkcionalitást a szoftvervalósítja meg.

CPU PROGRAM- és ADAT- MEMÓRIA

P P

CPU PROGRAM- MEMÓRIA P ADAT-

MEMÓRIA

Neumann és Harvard architektúra

Univerzális elrendezés algoritmizálható problémák megoldására.

Page 7: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 7 -

Beágyazott rendszerek maBeágyazott rendszerek ma• A gyártott mikroprocesszorok 90%-a beágyazott

alkalmazásban kerül felhasználásra.• Beágyazott rendszerek mindenütt:

4: processzor (Texas Instruments), 6: RAM 8 MB, 7: flash memória

Netgear ADSL modem/router:

Mai modern gépjárművek:50-100 beágyazott számítógép: ECU

üzemanyagellátásABS/ASR

Mobiltelefonok:

Alapsávi processzor

Page 8: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 8 -

Beágyazott rendszerek fejlesztéseBeágyazott rendszerek fejlesztése

• Komponensek

• Fejlesztőeszközök

• Módszerek

• Mikrovezérlők, mikroszámítógépek• Memória elemek – statikus/dinamikus RAM, flash• Periféria áramkörök – interfész, tárolás, kommunikáció

• Tervezés, prototípus előállítás, mérés, tesztelés• Hardver-, szoftver- és rendszerfejlesztési eszközök

• Alapfeladatok, algoritmusok• Rendszerrealizálási módszerek• Módszertani fejlesztés

Page 9: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 9 -

Beágyazott rendszerek komponensei

Beágyazott rendszerek komponensei

• Mikrovezérlők – 8-16-32 bites egységek saját adat- és programmemóriával, perifériakészlettel

• Mikroszámítógépek – 32-64 bites egységek belső ás külső memória és periféria meghajtó képességgel

• Digitális jelfeldolgozó processzorok (DSPk) – speciális utasításkészlettel kiegészített mikrovezérlők

• Speciális feldolgozó elemek – kommunikációs processzorok, hang- és képfeldolgozó processzorok

• Programozható logikai tömbök – FPGA – szoft-processzorok

•Számítógép komponensek

Page 10: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 10 -

Mikroszámítógép családokMikroszámítógép családok

• Számítógép architektúra központi egységének egy áramköri lapkán megvalósított formája

Mikroprocesszorok

• 8-bites: 8080 (1974)

• 16-bites: 8086 (1978)

• 32-bites: I386 (1985), I486 (1989), Pentium (1993)

• 64-bites: Athlon 64 (2003), Intel Core 2 (2006)

Példa: IntelIntel486-DX2

ma: quad core

Page 11: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 11 -

Mikroszámítógép családokMikroszámítógép családok

• Teljes számítógép architektúra megvalósítása egy áramköri lapkán

Mikrovezérlők

Harward architektúra

CPU PROGRAM- MEMÓRIA P ADAT-

MEMÓRIA

• Egyszerű 8-16-bites CPU (RISC)

• Belső RAM és programmemória

• Belső perifériakészlet: • időzítők, PWM• parallel digitális I/O: port-ok• soros interfészek: SPI, I2C, UART• hálózat: CAN, USB, Ethernet• Analóg I: AD, komparátor

Page 12: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 12 -

Mikroszámítógép családokMikroszámítógép családok

• Teljes számítógép architektúra megvalósítása egy áramköri lapkán

Mikroszámítógépek

Neumann architektúra

• Egyszerű 32-bites CPU (RISC)• Kiegészítő külső RAM és „flash” memória• Direkt memória hozzáférés (DMA)• Lebegőpontos műveleti támogatás• IDE, PCI, memóriakártya interfészek• Kóderek/dekóderek: MP3, AES titkosítás• Digitális jelfeldolgozási műveletek (DSP)

CPU PROGRAM- és ADAT- MEMÓRIA

P P

Példák:

ARM

PowerPC

DSP (TI, AD)

Page 13: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 13 -

Beágyazott rendszerek komponenseiBeágyazott rendszerek komponensei

• Nem felejtő memóriák: ROM – maszkprogramozott, PROM – egyszer programozhatóEPROM – törölhető, újraprogramozható

ma leginkább flash memóriákelektronikusan nagyon sokszor újraprogramozhatóprogramtárolásra (Harward architektúra)adattárolásra: adatgyűjtés, archiválás

• RAM memóriák:statikus

kis méretű gyors memóriák átmeneti tárolásra

dinamikus adattárolásra (Harward architektúra)program- és adattárolásra (Neumann architektúra)

•Memória elemek

Page 14: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 14 -

Beágyazott rendszerek komponenseiBeágyazott rendszerek komponensei

• Interfész áramkörök: •Periféria áramkörök

• Analóg jelinterfészek: AD és DA konverterek• Logikai jelinterfészek: digitális I/O• Fizikai jelinterfészek: érzékelők, mérőeszközök, relék,

motorok, különböző fizikai elveken alapuló beavatkozó szervek• Kommunikációs interfészek: vezetékes és vezeték nélküli soros

vagy hálózati interfészek• Adattároló eszközök:

• Mágneses tároló eszközök: keménylemezes diszkek• Optikai tároló eszközök: CD, DVD• Félvezető tároló eszközök: multimédia, SD memória kártyák

• Kommunikációs eszközök: • Vezetékes hálózatok: Ethernet, CAN, FlexRay• Vezeték nélküli hálózatok: WLAN, ZigBee

Page 15: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 15 -

Beágyazott rendszerek fejlesztőeszközei: hardver

Beágyazott rendszerek fejlesztőeszközei: hardver

•Kiindulópont:

• Modul szint

• Integrált áramköri szint

• Áramköri szint• FPGA realizációk• Félvezető lapka tervezés

Page 16: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 16 -

Beágyazott rendszerek fejlesztőeszközei: hardver

Beágyazott rendszerek fejlesztőeszközei: hardver

• Hardver fejlesztő rendszerek:

• Rendszerszintű fejlesztő eszközök: rendszer specifikáló, konfiguráló eszközök, rendszerszintű teszt, validációs és verifikációs eszközök

• Áramkör és NYÁK tervező eszközök: elvi kapcsolási rajz szintű áramkörtervező és szimulációs, nyomtatott áramkörtervező eszközök

• Integrált áramköri lapka tervező eszközök: elvi kapcsolás, modul vagy tranzisztor szintű tervező, szimulációs és verifikációs eszközök

Page 17: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 17 -

Beágyazott rendszerek fejlesztőeszközei: szoftver

Beágyazott rendszerek fejlesztőeszközei: szoftver

•Szoftver és rendszerszintű fejlesztő rendszerek: • Alacsony szintű fejlesztőeszközök: assemblerek,

letöltő programok, kódszintű hibakereső programok

• Magas szintű programozási nyelvek: compiler, forrás-szintű debugger programok

C, C++, C# compilerek, Eclipse környezet

• Magas szintű rendszerfejlesztési eszközök: szimbolikus, grafikus programgenerálási környezetek, rendszer konfigurációs eszközök

Matlab/Simulink (Mathworks)LabView (National Instruments)

Page 18: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 18 -

Beágyazott szoftver fejlesztésBeágyazott szoftver fejlesztés

Page 19: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 19 -

Irányítási rendszerekIrányítási rendszerekPélda: inverz inga

kis szögekre: linearizálás

Page 20: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 20 -

Példa: inverz ingaPélda: inverz inga

z

u

x

-K

u = -Kx

-K ux [z,] State observer

[zs,s]

Controller

(s = 0)

[z,]

Állapot-visszacsatolás Állapot-visszacsatolás megfigyelővel

Page 21: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 21 -

Példa: inverz ingaPélda: inverz ingaDiszkretizálás

Diszkrét idejű irányítási algoritmus

A D A

D

u x yti j

tj j

t

jj

n

1

2

1

Control algorithm

i n12, ,...

x x yit

ij jt

j

n

ij jt

j

1

1 1

2

y(t) yt ut u(t)

Page 22: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 22 -

Példa: inverz ingaPélda: inverz ingaMegvalósítás

A/D D/A

z

u

egy „klasszikus” számítógépes realizáció

Page 23: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 23 -

Példa: inverz ingaPélda: inverz ingaMegvalósítás

A/D

z

u

PWM

egy „modern” beágyazott realizáció

Page 24: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 24 -

x(t)

t

x(t)

t

ss T

f 1

x(t)

t

T

Ts

0 1 2 3 4 5 6

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Aliasing hatás f és 9f frekvenciájú színuszjel között

• Energiakorlátos jel• Sávkorlátozott jel - fB

Bs ff 2• „Aliasing” hiba• „Anti-aliasing” szűrő

Analóg – Digitális konverzióAnalóg – Digitális konverzióMintavételi törvény (Shannon)

mintavételezés és kvantálás

Page 25: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 25 -

Analóg – Digitális konverzióAnalóg – Digitális konverzióx(t)

t

T t

T

dttuT

U0

)(1

Analógbemenet Kimenet

1-bites kvantálóIntegrátor

x tm

x t y t+-

x td

+Xmax

-Xmax

x ti

δσ-modulációs ADC

Integráló típusú (dual-slope) ADC

Szukcesszív approximációs (SAR) ADC

Page 26: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 26 -

Diszkrét idejű dinamikus rendszerDiszkrét idejű dinamikus rendszer

Page 27: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 27 -

Diszkrét idejű dinamikus rendszerDiszkrét idejű dinamikus rendszer

Page 28: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 28 -

Diszkrét idejű dinamikus rendszerDiszkrét idejű dinamikus rendszer

Page 29: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 29 -

Diszkrét idejű dinamikus rendszerDiszkrét idejű dinamikus rendszer

Page 30: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 30 -

DiszkretizációDiszkretizáció

Page 31: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 31 -

DiszkretizációDiszkretizáció

Page 32: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 32 -

DiszkretizációDiszkretizáció

Page 33: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 33 -

DiszkretizációDiszkretizáció

Page 34: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 34 -

Diszkrét idejű rendszer stabilitásaDiszkrét idejű rendszer stabilitása

Page 35: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 35 -

Diszkrét idejű szabályozóDiszkrét idejű szabályozóPélda: PID szabályozó

Diszkretizáció:

Folytonos PID szabályozó

Jelölések:

Page 36: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 36 -

Diszkrét PID szabályozóDiszkrét PID szabályozóGyakorlatban alkalmazható forma: rekurzív alak

A végső forma:

Page 37: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 37 -

Diszkrét PID szabályozóDiszkrét PID szabályozó

Speciális esetként τD=0 választásával diszkrét PI:

A diszkrét PID és PI alkalmazása:

• yk kiszámítása yk-1, xk és xk-1 ismeretében T-vel ütemezett ciklusokban

• Ügyelni kell az algoritmus a véges számábrázolás hatásából eredő nemlineáris hatásokra → „anti-windup”

• Figyelembe kell venni a beavatkozó szervek véges működési tartományát.

Page 38: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 38 -

Szabályozók beágyazott realizálásaSzabályozók beágyazott realizálása

A szabályozási algoritmus számítógépes program formájában valósul meg. Formái (példák – a teljesség igénye nélkül):

• Natív lineáris program fix időzítéssel.• Megszakításokkal vezérelt natív program.• Operációs rendszer alatt futó program.• Valós idejű operációs rendszer alatt futó konkurrens program.• Valósidejű parallel (többszálú) és konkurrens program.• Elosztott programrealizáció (konkurrens és parallel).• Digitális kommunikációs hálózaton alapuló elosztott realizáció

(konkurrens és parallel).• Nagy megbízhatóságú redundáns és/vagy diverz realizáció.

Page 39: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 39 -

Szabályozók beágyazott realizálásaSzabályozók beágyazott realizálásaMegszakítás (interrupt)

• Külső esemény megszakítja a program futását, egy megszakítási eljárás zajlik le, majd visszatér a végrehajtás az eredeti programra.

• Többszintű, prioritásos megszakítási rendszer, akár egymást is megszakító folyamatok.

• A megszakítások egységes kezelése: valós idejű (real-time) ütemező, kernel vagy operációs rendszer.

Megszakítás források:

• Külső és belső perifériák (pl. időzítő, ütemező, adatszolgáltató vagy kommunikációs egységek).

• Külső események (digitális jelek változása, állapotjelek, hibajelek, analóg jelek szintátmenete, zérusátmenet).

Page 40: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 40 -

Szabályozók beágyazott realizálásaSzabályozók beágyazott realizálásaOperációs rendszer

• A programok elindulását, leállását, a perifériakezelést, a rendszerkezelés tipikus folyamatait összefoglaló programrendszer.

• A programozó az operációs rendszer kezelő eljárásain keresztül programozza a perifériákat, a hardver részletek közömbössé válnak.

• Magas szintű nyelvek, grafikus környezetek, magas szintű kommunikációs protokollok alkalmazása

Beágyazott operációs rendszerek (példák):

• Linux• Android• iOS

• Beágyazott Windows• WinCE

Page 41: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 41 -

Szabályozók beágyazott realizálásaSzabályozók beágyazott realizálásaValós idejű (real-time) rendszerek

• Konkurrens folyamatok, valós vagy virtuális parallelitás, eseményvezéreltség.

• Holtpont: ha két vagy több folyamat egymásra vár – akár közvetetten is. A holtpontmentes vezérlés alapkövetelmény.

• Folyamatok ütemezése, a futási időkülönbségek kiegyenlítése: FIFO tárolók, cirkuláris pufferek, szemaforok, mutex-ek.

• A holtpontmentesség biztosítása: primitív utasítások, kölcsönös kizárás.

Primitív utasítások: megszakíthatatlan, egy menetben lezajló folyamategység (gépi utasítások, interrupt tiltás).

Szemafor: jelzés, amelyek korlátozza a folyamatokat valamilyen programszakaszba való belépésben - várakoztatás.

Mutex: bináris szemafor – kölcsönös kizárás egy folyamatra nézve

Page 42: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 42 -

Szabályozók beágyazott realizálásaSzabályozók beágyazott realizálásaNagy megbízhatóságú rendszerek

• Redundancia: azonos funkciók többszörözése, és szavazás –hármas redundancia és 3-ból 2-es szavazás tipikus

• Diverzitás: a redundancián belül egy funkciót több különböző elven realizálunk – különböző fizikai elvek, algoritmus, HW és SW realizáció.

Példák:

• Hármas redundancia a mérésekben (pl. 3 független IMU egység, Pitot-cső, stb).

• Osztott vezérfelületek (csűrők, magassági- és oldalkormány) külön szervo vezérléssel.

• Több hajtómű, egyszeres meghibásodás nem okoz problémát.• Hajtás és vezérfelületek különböző kombinációi helyettesítik

egymást.

Page 43: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 43 -

Digitális – Analóg konverzióDigitális – Analóg konverzióA Shannon törvény szerinti rekonstrukció :

k B

B

kTtfkTtfkTxtx

22sin • Egzakt rekonstrukció a gyakorlatban

nem valósítható meg• A gyakorlat számára túl komplikált

0-rendű tartószerv: approximáció lépcsős függvénnyel

1-rendű tartószerv: lineáris interpoláció

3-rendű splineinterpoláció:

Page 44: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 44 -

Digitális – Analóg konverzióDigitális – Analóg konverzió

Klasszikus DA konverter:

Megvalósítja a 0-rendű tartószervet (ZOH – zero-order hold)

ellenállás-létrahálózat

Page 45: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 45 -

Digitális – Analóg konverzióDigitális – Analóg konverzió

N-rendű tartó közelítő megvalósítása a gyakorlatban:

LP szűrő

A 0-rendű tartó kimeneti jelének „simítása”.

LP – Low Pass - alulátersztő

Page 46: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 46 -

Digitális – Analóg konverzióDigitális – Analóg konverzióA klasszikus DAC problémái:

• Nagy teljesítményű beavatkozó szervek (motorok, elektromágnesek) meghajtása analóg végerősítőket igényel

• A, B, AB és C osztályú végerősítők: alacsony hatásfok, nagy hődisszipáció

• Kimeneti teljesítmény korlátozott (néhány kW).

Page 47: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 47 -

Digitális – Analóg konverzióDigitális – Analóg konverzió

Megoldás:

• Kapcsolóüzemű megoldások

• D-osztályú végerősítő

• Impulzusszélesség moduláció –PWM – Pulse-Width Modulation

Page 48: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 48 -

Kapcsolóüzemű működési elvKapcsolóüzemű működési elvBE- és KI-kapcsolás – kétállapotú rendszer:• Megfelel a digitális működési elveknek• Nagy hatásfok, kis teljesítményveszteség és hő-

disszipáció• Egyszerű megvalósítás félvezető eszközökkel:

• tranzisztorok• MOS FET-ek• IGBT-k – Insulated-Gate Bipolar Transistor

BEKI

Page 49: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 49 -

PWM – Pulse Width ModulationPWM – Pulse Width Modulation

T

)(0 txTp )(1 TtxTp )2(2 TtxTp

)( kTtxTpk

PWM: az impulzusszélesség arányos a mintaértékekkel.

Impulzusszélesség – moduláció

Page 50: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 50 -

PWM – Pulse Width ModulationPWM – Pulse Width Modulation

T

)(0 txTp )(1 TtxTp )2(2 TtxTp

)( kTtxTpk

Fázishelyes PWM: szimmetrikus impulzusok a korrekt időpontokban.

Page 51: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 51 -

PWM – Pulse Width ModulationPWM – Pulse Width Modulation

Aluláteresztő (LP) szűréssel (1-rendű RC szűrő):

Page 52: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 52 -

PWM – Pulse Width ModulationPWM – Pulse Width Modulation

Az analóg jel közelítő visszaállítása:

aluláteresztő (LP) szűrés

• Torzítás – a hordozó frekvencia nem tűnik el nyomtalanul.

• Pontatlanság az interpolációban.• Késleltetés, fáziskésés.

Gondos tervezéssel a gyakorlati alkalmazások szempontjából elegendő pontosság érhető el.

LP szűrés: sok esetben az aktuátorok maguk realizálják –az elektromechanikus elemek lassú dinamikájúak.

Hibák:

Page 53: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 53 -

Elektromechanikus aktuátorokElektromechanikus aktuátorok• Elektromágneses beavatkozó szervek• Elektromos motorok

• DC (Direct Current) motor – egyenáramú motor• BLDC (Brushless DC) motor – kefenélküli

egyenáramú motor• AC (Alternating Current) motor – indukciós

motor, szinkron motor, aszinkron motor• Léptető motor

További (nem mechanikus) aktuátorokTovábbi (nem mechanikus) aktuátorok• Fűtő (hőközlő) eszközök• Világító (fényemittáló) eszközök

Page 54: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 54 -

Példa: DC motorPélda: DC motor

Tm

m

U

KR

Um

m

UKm

+Vp

H1 H2

H3 H4

+

-

Ø

Page 55: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 55 -

Pozíció szervó irányításPozíció szervó irányítás

Motor

Potmeter

10

10

10

16

50

62

35 41

278.031251

889732

4116

3510

5010

6210

Futaba S3003 servo

Φ(t)U(t)

Page 56: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 56 -

Pozíció szervó irányításPozíció szervó irányítás

+Vp

H1 H2

H3 H4

+

-

Ø

τ1 τ2 τ3 τ4 τ5 τ6 τ7τ0

U

t 0

Up

Tp 2Tp 3Tp 4Tp 5Tp 6Tp 7Tp

φ(t) u(t) Ur(t)

H-híd PWM

Page 57: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 57 -

TC44

28(S

O8/

MSO

P8)

TC44

28(S

O8/

MSO

P8)

DC motorvezérlő: H-hídDC motorvezérlő: H-híd

Page 58: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 58 -

DIR

PWM

R210 kΩ0603

R110 kΩ0603

CN1-5

UL

LL

UR

LR

2

1

4

1

2

4

1

2

4

1

2

4

U374HC1G00SOT23-5

U474HC1G00SOT23-5

U674HC1G02SOT23-5

U8-2

U8-4

U7-2

U7-4

U574HC1G02SOT23-5

R30 Ω 0603

CN1-6

C81 µF0603

C71 µF0603

VDD

3

5 55 5

3 3 3

DC motorvezérlő: logikaDC motorvezérlő: logika

• DIR – irány – L=előre H=hátra• PWM – az impulzusszélességgel arányos motorteljesítmény

Page 59: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 59 -

DC motorvezérlő: mérésDC motorvezérlő: mérés

• EMF (Electro-Motive Force) – indukált feszültség – a fordulatszámmal arányos

• Motoráram – a nyomatékkal arányos

Page 60: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 60 -

DC motorvezérlő: szögmérésDC motorvezérlő: szögmérés

Potméter helyett:forgó mágneses jeladó

AS

5045

SSO

P16

Page 61: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 61 -

DC motorvezérlő: µC példaDC motorvezérlő: µC példa

ATM

ELA

Tmeg

a32M

1

Page 62: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 62 -

Professzionális szervóProfesszionális szervó

Elektro-hidraulikus szervó

Elektromechanikus szervó

(lineáris)

(forgó)

oldalkormány hajtás (Boeing)

Page 63: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 63 -

Példa: BLDC motorPélda: BLDC motor

N S

A120° 120°

120°

VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

3-phase inverter

C B

Kefe nélküli egyenáramú (BLDC – Brushless DC) motor

Page 64: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 64 -

Brushless DC (BLDC) MotorBrushless DC (BLDC) Motor

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 65: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 65 -

Phase 1- start -Phase 1- start -

A

C B

Phase 1 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 66: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 66 -

A

C B

Phase 1 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 1- stop -Phase 1- stop -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 67: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 67 -

A

C B

Phase 2 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 2- start -Phase 2- start -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 68: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 68 -

A

C B

Phase 2 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 2- stop -Phase 2- stop -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 69: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 69 -

A

C B

Phase 3 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 3- start -Phase 3- start -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 70: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 70 -

A

C B

Phase 3 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 3- stop -Phase 3- stop -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 71: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 71 -

A

C B

Phase 4 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 4- start -Phase 4- start -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 72: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 72 -

A

C B

Phase 4 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 4- stop -Phase 4- stop -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 73: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 73 -

A

C B

Phase 5 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 5- start -Phase 5- start -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 74: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 74 -

A

C B

Phase 5 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 5- stop -Phase 5- stop -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 75: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 75 -

A

C B

Phase 6 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 6- start -Phase 6- start -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 76: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 76 -

A

C B

Phase 6 VDC

SWAU SWBU SWCU

SWAL SWBL SWCL

Phase 6- stop -Phase 6- stop -

Phase A

Phase B

Phase C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

30° 90° 150° 210° 270° 330° 0° 360°

Page 77: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 77 -

BLDC motorirányítás BLDC motorirányítás

BLDC vezérlő elektronika:

• Szenzor nélküli vezérlés• Visszacsatolás EMF mérés alapján• N-csatornás MOSFET kapcsolók• Félhíd meghajtó IC-k alkalmazása

U4IRF7311

1

3,7,8

2

5,6

4

U1

C1220 nF 0805

U

Vcc

Vcc

BINP

TINP

TG

TS

BG

BOOST

GND

3

1

2

7

8

4

9

6NC

5

D1BAS16LT1

C41 µF0805

1 3

U5IRF7311

1

3,7,8

2

5,6

4

U1

C2220 nF 0805

Vcc

BINP

TINP

TG

TS

BG

BOOST

GND

3

1

2

7

8

4

9

6NC

5

D2BAS16LT1

C51 µF0805

1 3

U6IRF7311

1

3,7,8

2

5,6

4

U1

C3220 nF 0805

Vcc

BINP

TINP

TG

TS

BG

BOOST

GND

3

1

2

7

8

4

9

6NC

5

D3BAS16LT1

C61 µF0805

1 3

V

W

V

U

W

GND

VCC

Wh

Wl

Vh

Vl

Uh

Ul

CN1-2

CN1-3

CN1-3

CN1-4

CN1-5

CN1-6

CN1-10

N

CN1-11

We

W

V

U

R118 kΩ 1%

0603

R224 kΩ 1%

0603

C74.7 nF0603

R418 kΩ 1%

0603

R524 kΩ 1%

0603

C84.7 nF0603

R718 kΩ 1%

0603

R824 kΩ 1%

0603

C94.7 nF0603

R322 kΩ 1%

0603

R622 kΩ 1%

0603

R922 kΩ 1%

0603

CN1-9

Ve

Ue

CN1-12

Pole A

Pole B

Pole C

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6

60° 120° 240° 180° 300° 0° 360°

SW AU

SW AL

SW BU

SW BL

SW CU

SW CL

Page 78: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 78 -

Beágyazott járműirányító rendszer Beágyazott járműirányító rendszer

Fedélzeti Számítógép

Gyorsulás- érzékelő

Giro- érzékelő

Nyomás- érzékelő

Hőmérs.- érzékelő

Gyorsulás- érzékelő Gyorsulás-

érzékelő

Giro- érzékelő Giro-

érzékelő

Nyomás- érzékelő Nyomás-

érzékelő

Hőmérs.- érzékelő Hőmérs.-

érzékelő

GPS

Szervo Szervo Szervo

Elektro- mágn. v. Elektro-

mágn. v. Elektro- mágn. v.

Telj. vezérlő Telj.

vezérlő Telj. vezérlő

User IF

Kommunikációs rendszer

Video feldolg.

KAMERA

μC < ADC LAN

μC < H LAN

Többszintű irányítás:

• Járműcsoport irányítás• Jármű-környezet

kapcsolaton alapuló irányítás

• Járműszintű irányítás

Page 79: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 79 -

UAV irányításUAV irányítás

Page 80: Irányítási rendszerek megvalósításaIrányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015-1-Irányítási rendszerek megvalósítása Dr. Soumelidis Alexandros egy. docens Automatikus

BME Közlekedés- és Járműmérnöki KarKözlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Dr. Soumelidis Alexandros, Automatikus Fedélzeti Irányító Rendszerek a Légiközlekedésben, 2015 - 80 -

4-rotoros helikopter irányítás4-rotoros helikopter irányítás

Thrust

Pitch

Yaw

Roll

Wireless

Communication

Motor

Control

Motor

Control

Motor

Control

Motor

Control

Global Position

Sensing

Sensors

Inertial, magnetic, US

Power Supply

Control

Main Control

Unit

CAN network

Elosztott irányítás:• Önálló processzorokat

tartalmazó részegységek• CAN hálózati kommunikáció a

részegységek között