MapleSim inova em Hardware-in-the Loop-Simulação em Tempo Real para Planetários Rovers
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Na indústria de espaço, o design, construção e teste de protótipos rover é extremamente caro e testes de sistema normalmente não ocorre até o final do processo de concepção / teste, levando a um longo tempo de desenvolvimento. Em resposta a isso, o Dr. Amir Khajepour, Canada Research Chair em Mecatrônica e Sistemas de Engenharia Professor no departamento de Mecânica e Engenharia Mecatrônica na Universidade de Waterloo (UW) para veículos, e sua equipe trabalharam com a Agência Espacial Canadense (CSA) e Maplesoft, para desenvolver uma plataforma de teste de hardware-in-the-Loop (HIL) para rovers planetários movidos a energia solar. Sua abordagem permite que os testes de componentes dentro de um loop de simulação antes de um protótipo de robô completo está disponível. É essencialmente cria um ambiente de teste virtual para o componente em teste, "enganando" ele a pensar que está operando dentro de um protótipo completo. Usando MapleSim , a ferramenta de modelagem e simulação de Maplesoft, alta fidelidade e modelos eficientes computacionalmente foram criados para esta aplicação em tempo real. Usando esta plataforma de teste, cenários que são difíceis de replicar em uma configuração de laboratório, tais como o ambiente marciano, ou componentes que ainda não estão disponíveis, pode ser modelado, enquanto componentes de hardware que estão disponíveis podem se comunicar com estes modelos de software para simulações em tempo real .O objetivo é adicionar progressivamente componentes de hardware para o loop de simulação assim que estiverem disponíveis. Desta forma, o teste do sistema ocorre mesmo sem todos os componentes de hardware, fazendo a ponte entre o projeto e as fases de teste. A principal vantagem dessa abordagem é que ela reduz significativamente o tempo total de desenvolvimento do projeto.Além disso, isto permite o teste de componentes em cenários perigosos, sem o risco de danificar um protótipo rover completo. Rover Cinemática Além de simular a dinâmica rover, o ambiente de modelagem MapleSim foi usado para automaticamente gerar as equações cinemáticas do rover. Essas equações depois serviu de base para outras tarefas no projeto, tais como simulações HIL, planejamento de trajetória e otimização de energia. A configuração do sistema modular permite aos usuários alterar rapidamente a configuração rover e explorar diferentes abordagens em um curto espaço de tempo. Hardware-in-the Loop-Quadro
A Figura 2 mostra uma visão geral da plataforma de teste. As informações sobre a posição do rover, orientação, inclinação, velocidade e consumo de energia (obtida a partir de modelos dinâmicos da rover) é usado como entrada para os modelos de software. Uma biblioteca de componentes Rover foi desenvolvido dentro MapleSim e importados dentro LabVIEW Real-Time, onde o programa HIL e GUI das simulações foram desenvolvidos. O programa foi, em seguida, transferidos para o computador embutido dentro National Instruments PXI onde a comunicação entre os componentes de hardware e os modelos de software foi criado ea simulação em tempo real foi executado. "Devido à natureza de vários domínios do sistema (mecânica, elétrica e térmica), era desejável para modelar todos os componentes dentro de um ambiente de modelagem de tal forma que as relações críticas podem ser facilmente descoberto. Além disso, a eficiência computacional é fundamental nas simulações em tempo real ", disse o Dr. Khajepour. "MapleSim foi encontrado para ser o ambiente ideal para esta aplicação devido às suas habilidades de vários domínios, uso de simplificação simbólica para uma maior eficiência computacional e facilidade de conectividade com LabVIEW." Além de fazer uso de biblioteca de componentes built-in do MapleSim, componentes personalizados também foram facilmente desenvolvidos. Um modelo para estimar a radiação solar que a superfície inclinada receberia em Marte foi implementado usando Personalizado Bloquear Componente do MapleSim. Este modelo levou em consideração a posição do sol, a posição latitudinal e longitudinal do robô, bem como a orientação e inclinação, uma vez que viajou do ponto A ao ponto B. Isto foi usado em conjunto com um modelo de painel solar para estimar a geração de energia de um rover durante todo o dia.
"A natureza intuitiva do MapleSim permitiu a minha equipe a criar modelos de alta fidelidade em um curto período de tempo", disse o Dr. Khajepour. "Isso teve um papel fundamental no sucesso desta plataforma de teste HIL modular que permitiu o teste de componentes, a estimativa de nível de potência, bem como a validação de algoritmos de gerenciamento de energia e planejamento de caminho". A equipe também usou MapleSim como uma ferramenta-chave para uma primeira parte do projeto para desenvolver uma solução completa para o sistema de gerenciamento de energia rovers autônomos. Eles usaram MapleSim para desenvolver rapidamente de alta fidelidade, os modelos de vários domínios dos subsistemas rover. O objetivo foi desenvolver um algoritmo de planejamento de trajetória que levou a demanda de energia rover (e geração) em conta.Usando os modelos desenvolvidos, o planejador caminho encontrado o caminho ideal entre o ponto A eo ponto B, de tal forma que o rover mantido o mais alto nível de armazenamento interno de energia, evitando obstáculos e seções de alto risco do terreno. Dr. Khajepour e sua equipe foram capazes de criar o modelo matemático do rover 6 rodas sem anotar uma única equação. "MapleSim foi capaz de gerar um conjunto ideal de equações para o sistema rover automaticamente, o que foi essencial na fase de otimização", disse ele. Dr. Khajepour também ficou impressionado com a interface gráfica do MapleSim. "Em MapleSim, você pode simplesmente recriar o diagrama do sistema em sua tela usando componentes que representam o modelo físico. A capacidade de ver o modelo, para ver as peças em movimento, é muito importante para um desenvolvedor de modelo ", concluiu. | |||||||
