Segway için yük hücresi ile adaptif kontrol algoritmasının uygulanması ve simülasyonu

Abstract

Bu çalışmada yük hücresi temelli Segway’in matematiksel modellenmesi, simülasyonu ve uygulaması yapılmıştır. Segway üzerine yerleştirilen dört adet yük hücresi, sistemin kontrolünü sağlamaktadır. Yük hücresinden gelen kütle bilgilerine ait analog sinyaller 24 bit çözünürlüklü HX711 tümleşik entegre ile sayısala dönüştürülmüştür. Sayısal dönüştürülen veriler senkron seri haberleşme protokolü üzerinden mikro denetleyici ile çözümlenerek ölçülmüştür. Ölçülen kütle bilgisine göre sistemin dinamik modeli anlık olarak güncellenebilmektedir. Bu işlem maksimum yunuslama açısını değiştirerek Segway kontrolünün kolaylaşmasını sağlamakta ve kullanıcının araç üzerinden düşmesini engellemektedir. Sistemin simülasyonun yapılabilmesi için gerekli olan Fırçasız Doğru Akım Motor (FDAM) parametreleri ise Maxwell program paketi ile çıkartılmıştır. Bu parametreler kullanılarak yük hücresi temelli Segway’in simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Sistemin gerçek zamanlı uygulaması ARM mimariye sahip STM32103C8T6 mikro denetleyicisi ile çalışılarak yapılmıştır. Aracın gerçek zamanlı uygulaması sırasında FDAM akımları ve motor dönüş hız bilgileri eş zamanlı olarak SD kart üzerine kaydedilmektedir. Gerçek zamanlı uygulamadan alınan veriler işlenerek yapılan simülasyon ile karşılaştırılması yapılmıştır. Simülasyon sonucunda belirlenen faz akımları uygulama sonuçları ile kıyaslanmıştır. Ayrıca yük hücrelerinin tekrarlama testi yapılmış olup sol ön yük hücresinde 0,99, sağ ön yük hücresinde 0,99, sol arka yük hücresinde 0,99 ve sağ arka yük hücresinde 0,99 korelasyon bulunmuştur. Yapılan çalışma sonucunda sistemin gerçek uygulaması ile simülasyonunun uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca yapılan sistemin daha kararlı halde çalışabilmesi için çeşitli önerilerde bulunulmuştur. Bu önerilerin ilerleyen çalışmalara katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

In this study, mathematical modeling, simulation and application of load cell-based Segway has been done. Four load cells placed on the segway control the system. Analogue signals of mass information from the load cell are converted to digital with 24-bit resolution HX711 integrated. The digitally converted data were measured by resolving with microcontroller over synchronous serial communication protocol. According to the measured mass information, the dynamic model of the system can be updated instantly. This process makes the Segway control easier by changing the maximum pitch angle and prevents the user from falling over the vehicle. The Brushless Direct Current Motor (BLDC) parameters required to simulate the system were extracted with the Maxwell Software Program. Using these parameters, simulation of Segway which is load cell-based was carried out. Real-time application of the system was done by working with the STM32103C8T6 microcontroller with ARM architecture. During real time application of the vehicle, BLDC currents and motor rotation speed information are simultaneously recorded on the SD card. The data obtained from the real-time application are processed and compared with the simulation. BLDC currents determined as a result of simulation were compared with the application results. Also, repetition test of the load cells was performed and correlation was found in the left front load cell 0.99, in the right front load cell 0.99, in the left back load cell 0.99 and in the right back load cell 0.99. According to the result of the study, it has been observed that the real time application of the system is compatible with its simulation. In addition, various suggestions have been made to make the system work more stable. We believe that in future studies, this study will be great contribution to other researchers.