teknisk dokumentation

Teknisk dokumentation

Version 0.6

Författare: DCT-groupDatum: 10 januari 2013

Status

Granskad Emil Gottleben 2013-01-10Godkänd 2012-

Kursnamn: Reglerteknisk projektkurs E-mail: [email protected]: DCT-Group Dokumentansvarig: Mattias OlssonKurskod: TSRT10 Dokumentansvarigs e-mail: [email protected]: Elektromekanisk aktuatorstyrning i DCT Dokumentnamn: Teknisk dokumentation

Projektidentitet

Grupp E-mail: [email protected]: http://www.isy.liu.se/edu/projekt/reglerteknik/2012/dct/Beställare: Per Öberg, Linköpings Universistet

Telefon: 013-282369, E-mail: [email protected]: Markus Olsson

Telefon: 070-1678209 , E-mail: [email protected]: David Törnqvist, Linköping University

Telefon: 013-281882, E-mail:[email protected]: Anders BlomHandledare: Andreas Myklebust, Linköpings Universitet

Telefon: 013-282394 , E-mail: [email protected]

Gruppmedlemmar

Namn Ansvarsområde Telefon E-mail(@student.liu.se)

Anders Blom Projektledare (PRO) 070-3143686 andbl313Mattias Olsson Dokumentansvarig

(DOK)070-3750082 matol721

Petter Carlsson Testansvarig (TES) 073-6913865 petca673Emil Gottleben Designansvarig (DES) 070-2799871 emigo418Anton Hugo Informationsansvarig (IN-

FO)073-8355189 anthu673

Fredrik Brusén Mjukvaruansvarig (MA) 070-6642342 frebr926Filip Höglund Hårdvaruansvarig (HA) 073-0330911 filho969

Dokumenthistorik

Version Datum Ändringar Sign Godkänd av0.1 2012-12-02 Första utkast Alla AB0.2 2012-12-04 Andra utkast Alla AB0.3 2012-12-12 Tredje utkast Alla PC, AB0.4 2012-12-14 Fjärde utkast AH, EG, FH PC, AB0.5 2012-12-20 Femte utkast MO, FH FH0.6 2013-01-10 Sjätte utkast FH EG


Elektromekanisk aktuatorstyrning i DCT IV

Innehåll

1 Inledning 1

1.1 Parter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Syfte och mål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.3 Användning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Översikt av systemet 2

2.1 Beskrivning av växellådan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.2 Ingående delsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3 Delsystem: Interface – styr-/mätkort 3

3.1 Översikt av delsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3.2 Uppbyggnad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.3 Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.4 Kopplingsanvisningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4 Motorstyrning kopplingsaktuatorer 6


4.2 Elmotorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4.3 Krav på styrenheterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4.4 Val av styrenheter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4.5 Kopplingsanvisningar för styrenheter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4.5.1 Styrenhet Kelly 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4.5.2 Styrenhet Kelly 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.6 Styrning av motorstyrenheter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.6.1 Spänningsdelning för hallsensorerna . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

5 Delsystem: Motorstyrning växlingsaktuatorer 14


5.2 Uppbyggnad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.3 Krav på fartreglagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.4 Val av fartreglage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.5 Styrning av fartreglagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.6 Kopplingsanvisningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

6 Delsystem: Kartläggning av växelsystem 19


6.2 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6.3 Metodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6.4 Resultat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20


Elektromekanisk aktuatorstyrning i DCT V

7 Delsystem: Sensorer 22

7.1 Översikt av delsystemet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

7.2 Ingående komponenter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

7.3 Metodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

7.4 Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

7.5 Kopplingsschema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

8 Delsystem: Varvtalsalgoritm 28

8.1 Översikt av delsystemet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

8.2 Ingående komponenter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

8.3 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

9 Reglering 30

9.1 Reglerstrategi 1 - PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

9.2 Reglerstrategi 2 - Bangbang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

10 Utvärdering av reglerstrategier 32

10.1 Bangbang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

10.2 PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

10.3 Slutsats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

11 Prestandamått 37


Elektromekanisk aktuatorstyrning i DCT 1

1 Inledning

Detta dokument är den tekniska dokumentationen avsedd att i detalj beskriva hur pro-jektets produkt är framtagen. Produkten innefattar styr- och mätsystem för en elektro-mekanisk dubbelkopplad växellåda, förkortat DCT, samt utvärdering av prestandan fördessa delsystems funktionalitet.

1.1 Parter

Projektets kund är Markus Olsson från Vicura AB och leveransen av produkten skergenom beställare Per Öberg från LiTHs fordonssystemsavdelning. Projektgruppen bestårav studenter från LiTHs linjer för teknisk fysik och elektroteknik samt maskinteknik. Somstöd för projektgruppen finns handledare Andreas Myklebust samt diverse experter frånLiTH.

1.2 Syfte och mål

Projektets syfte är att studera prestandan hos elektromekaniska växlingsaktuatorer i enDCT. Sensorerna som finns i växellådan ska utvärderas och en algoritm för varvtals-beräkning ska konstrueras. Projektet ska bidra med tillräcklig kunskap för att en fulländadväxlingssekvens ska kunna genomföras. Förutom detta skall projektet bidra till att eneventuell spinnrigg installeras för vidare användning i LiTHs fordonssystems laboratorium.

1.3 Användning

De framtagna prestandamåtten, utvärderingar och framtagen mjukvara kommer attlevereras till kund i form av en teknisk rapport för vidare utvärdering och användninginternt. Den information som tas fram under projektet kommer ligga till grund för ut-vecklingen av en spinnrigg som kan ge in- och utgående moment till växellådan. Dennaspinnrigg kommer i framtiden användas för forskning i LiTH fordonssystemlaboratorium.



2 Översikt av systemet

Här ges en beskrivning av det sammankopplade systemet samt hur de olika delsystemenkommunicerar med varandra.

Figur 1: Systemskiss över hur delarna komminucerar med varandra.

Skissen av laborationsuppsättningen för styrningen av växlingen ses i figur 1. PC:n ifiguren kommer, med hjälp av de egenutvecklade regleralgoritmerna, att styra växlings-aktuatorerna (elmotorerna) på ett lämpligt sätt. Dessa aktuatorer styr växlingssystemetsom sitter inuti växellådan. Växlingssystemet överför momentet från växelaktuatorernatill växeltrummorna som i sin tur flyttar länkarmarna och därmed växelgafflarna så atten växel läggs i. Kommunikationen mellan PC:n och elmotorerna sker genom ett interfacebestående av ett styrkort och ett mätkort. Styrkortet ansvarar för aktueringen av elmo-torerna som styr koppling och växelväljare. Mätkortet levererar sensorvärden från DCT:ntill PC:n. Sensorerna är placerade på växellådan och mäter varvtal på de olika axlarnasamt positionen för växellägesväljaren.

2.1 Beskrivning av växellådan

Växellådan är en elektromekanisk DCT med tillhörande styrsystem. Principen för en DCTvisas i figur 2.



Figur 2: Principskiss av DCT:n som har studerats i projektet.

Dubbelkopplingen väljer vilken av de två ingående axlarna som ska vara aktiv, medanden andra är urkopplad. Detta gör det möjligt för två växlar att vara inlåsta samtidigt.Växlingen sker genom att öppna och stänga respektive koppling på ett synkroniserat sätt.

En DCT kombinerar prestandan hos en manuell växellåda med komforten hos en auto-matisk. De två växelväljarna sköter udda respektive jämna växlar.

2.2 Ingående delsystem

De ingående delsystemen är styrkort, mätkort, sensorer samt aktuatorer till växelväljarerespektive koppling. Utöver detta har algoritmer för varvtalsberäkning och växelregleringtagits fram, samt mätdata från prestandautvärdering. De olika delsystemen kommer attbeskrivas i detalj i senare avsnitt.

3 Delsystem: Interface – styr-/mätkort

För att samla in sensordata till PC:n används ett mätkort från National Instruments.

3.1 Översikt av delsystem

Delsystemet består av ett mätkort, NI 6229, som är inkopplat till PC:n. Kortet använder enPCI-port för kommunikation med PC:n. Signalerna som skickas från växellådan levererastill mätkortet via en box med elektronik som möjliggör för PC:n att tolka signalerna.Mätningarna görs i realtid vilket är en nödvändighet för att styrningen av kopplings- ochväxelaktuatorerna ska kunna ske på ett önskvärt sätt.

Kortet har 48 digitala I/O-portar vilka används till att mäta på de fyra sensorerna, seavsnitt 7 sid 22. Kortet används också för att ställa ut hastighetssignaler till kontrol-lerkorten, samt för mätning av de HALL-sensorer som återfinns i elmotorerna som styrkopplingsaktuatorerna.

Anledningen till att vi valde detta kort är att förra årets projekt på samma växellådahade valt ut det efter noggrant övervägande. Efter en undersökning och jämförelse medandra mätkort kom vi fram till att kortet håller måttet även till årets projekt.



3.2 Uppbyggnad

Mätkortet är inkopplat direkt till PC:ns PCI-port, och är kompatibelt med MATLAB,Simulink och Scientific Linux. Det finns 48 digitala I/O-portar, 32 analoga inportar,4 analoga utportar samt 2 räknare på kortet. Den maximala klockfrekvensen för I/O-portarna är 1 MHz. Med kortet medföljer även två mätlådor, som vi använder för att taemot och skicka ut signaler. Hur vi kopplat kortet och mätlådorna anges i användarhand-ledningen.

3.3 Funktion

Eftersom kortet är av typen PCI kan det kopplas in direkt i datorn. Beroende på vilkenutvecklingsmiljö kortet ska användas i används olika drivrutiner. Under projektet harComedi control and measurement interface för Linux använts.

3.4 Kopplingsanvisningar

Tabell 3.4 och 3.4 nedan visar hur hårdvaran som styrs av värddatorn ska kopplas in.Styrenheten Kelly 1 styr kopplingen för yttre axeln (motor 1) och Kelly 2 styr kopplingenför inre axeln (motor 2). Till vardera motor finns tre hallsensorer som används för posi-tionsberäkning. Fartreglaget styr växelaktuatorerna (endast ett av fartreglagen användsför tillfället). Tabell 3.4 visar inkopplingen av lasersensorn som mäter positionen för väx-elaktuatorn, spänningsdelningen till hallsensorerna samt varvtalssensorerna till de olikaaxlarna i växellådan.

Pin nr Funktion Komponent67 Jord till signaldiod för Kelly 1 Mätkort68 Input speed sensor 1 (ISS1) hög33 Input speed sensor 1 (ISS1) låg65 Input speed sensor 2 (ISS2) hög30 Input speed sensor 2 (ISS2) låg28 Output speed sensor (OSS) hög60 Output speed sensor (OSS) låg31 Hall A motor 163 Hall B motor 161 Hall C motor 126 Hall A motor 258 Hall B motor 223 Hall C motor 2

Tabell 1: Mätkort



Pin nr Funktion Komponent32 Jord till signaldiod för Kelly 2 Styrkort67 Signaljord till Kelly 113 Digital jord till Kelly 152 Input till fartreglage för växelaktuatorn21 Trottel till Kelly 122 Trottel till Kelly 244 Digital jord spänningsdelning24 Digital jord till lasersensorn68 Lasersensor

Tabell 2: Styrkort



4 Motorstyrning kopplingsaktuatorer

Detta delsystem sköter aktivering och deaktivering av kopplingarna till de ingående axlar-na. För att styra kopplingsaktuatorerna används en BLDC-styrenhet för varje aktuator.Funktionaliteten för detta delsystem var implementerad från förra årets CDIO-projekt.Systemet har sedan vidareutvecklats i årets projekt.


De båda kopplingsaktuatorerna består i huvudsak av två delar, en elmotor och en mekaniskdel. Kraften för att trycka ner kopplingen genereras av en stark fjäder och överförs sedantill kopplingsskivorna via aktuatorn. Elmotorerna styr aktuatorn som avgör hur mycket avfjäderkraften som överförs till kopplingsskivorna. Elmotorerna och de mekaniska delarnabeskrivs mer ingående i föregående års tekniska dokumentation (2).

4.2 Elmotorer

Elmotorerna för kopplingsaktuatorerna är, precis som för växelaktuatorerna, av typenborstlös DC-motor. Till skillnad från växelaktuatorerna har dock dessa motorer HALL-sensorer monterade på sig vilka kan användas för att bestämma positionen för rotorn.Detta görs genom att magnetfältet från statorn mäts och används för att beräkna rotornsposition i förhållande till statorn. Resultatet av detta är att motorerna kan styras medhögre precision vilket är en nödvändighet för en mjuk överföring av moment vid en växling.

4.3 Krav på styrenheterna

För att kunna styra kopplingsaktuatorerna på önskvärt sätt måste styrenheterna klaraföljande krav:

• Den ska kunna klara av strömmar uppemot 80 ampere (maxgräns på den ursprung-liga styrelektronikens transistorer).

• Motorerna ska kunna roteras åt båda hållen.

• Styrenheten ska kunna styras från mät/styrkortet.

• Styrenheten ska kunna spänningsmatas med ett bilbatteri.

• Hastigheten ska kunna styras.

4.4 Val av styrenheter

Valet föll på två stycken KBS24121L styrenheter från Kelly controller. Dessa ger ett robustintryck då de är gjorda för att vara i till exempel golfbilar och andra större applikatio-ner. Denna enhet klarar kontinuerliga strömmar på uppemot 50 ampere och strömtran-sienter på uppemot 120 ampere. Det finns möjlighet att genom en digital signal växlarotationsriktning. Genom att skicka in en analog trottelsignal från styrkortet, kan rota-tionshastigheten styras steglöst. Styrenheten kan spänningsmatas med en spänning på8-30V. Utöver att klara kraven i 4.3 har styrenheterna hårdvaruöverbelastningsskydd förbåde spänning och ström för att skydda elektroniken samt att de har ett överhettnings-skydd. Styrenheterna är utrustade med varsin mikroprocessor, vilken sköter genereringenav trefas-fyrkantsvågen som behövs för att rotera motorerna. De är även utrustade med



sensorer för att mäta både ström och spänning på alla faser. Styrenheten läser in signa-lerna från elmotorns hallsensorer, vilket tillsammans med den inbyggda mikroprocessorngör att motorerna kan styras med bättre effektivitet.

4.5 Kopplingsanvisningar för styrenheter

I denna sektion beskrivs hur styrenheterna från Kelly controller ska kopplas för att fåönskvärd funktionalitet. Styrenheten som reglerar motor 1 kommer härefter benämnasKelly 1, medan styrenheten som reglerar motor 2 kommer benämnas Kelly 2.Manualer för Kelly 1 och 2 se följande länk: (3)

4.5.1 Styrenhet Kelly 1

Figur 3: Kontakt för hallsensorer för Kelly 1. För funktionalitet se tabell 3

Figur 4: Hankontakt för Kelly 1. För funktionalitet se tabell 3



Figur 5: Honkontakt för Kelly 1. För funktionalitet se tabell 3

Pin nr Funktion Komponent1 Jord hallsensorer Kontakt för hallsensorer23 Spänningsmatning hallsensorer4 Hallsensor A ingång, motor 15 Hallsensor B ingång, motor 16 Hallsensor C ingång, motor 17 Hankontakt8 Jord91011 Röd LED, varningsindikator121314 PWR1516 Honkontakt17 Trottel ingång, motor 118192021222324 Jord25 Drivning av motor 1, fas A, Gul Färgkodade kablar26 Drivning av motor 1, fas B, Grön27 Drivning av motor 1, fas C, Blå

Tabell 3: In-/utgångar för styrenhet Kelly 1.

Hallsensorerna ska först kopplas in till spänningsdelningen innan de kan kopplas in istyrenheten, se avnsitt 4.6.1. Kontaktdonet för kopplingsaktuatorena kopplas enligt figur6.



Figur 6: Kopplingsschema för kopplingsaktuator

4.5.2 Styrenhet Kelly 2

Figur 7: Kontakt för hallsensorer för Kelly 2. För funktionalitet se tabell 4

Figur 8: Hankontakt för Kelly 2. För funktionalitet se tabell 4



Figur 9: Honkontakt för Kelly 2. För funktionalitet se tabell 4

Pin nr Funktion Komponent28 Jord hallsensorer Kontakt för hallsensorer2930 Spänningsmatning hallsensorer31 Hallsensor A ingång, motor 232 Hallsensor B ingång, motor 233 Hallsensor C ingång, motor 234 Hankontakt35 Jord363738 Röd LED, varningsindikator394041 PWR4243 Honkontakt44 Trottel ingång, motor 245464748495051 Jord52 Drivning av motor 2, fas A, Gul Färgkodade kablar53 Drivning av motor 2, fas B, Grön54 Drivning av motor 2, fas C, Blå

Tabell 4: In-/utgångar för styrenhet Kelly 2.

Hallsensorerna ska först kopplas in till spänningsdelningen innan de kan kopplas in istyrenheten, se avnsitt 4.6.1. Kontaktdonet för kopplingsaktuatorena kopplas enligt figur10.



Figur 10: Kopplingsschema för kopplingsaktuator

4.6 Styrning av motorstyrenheter

Styrenheterna styrs med hjälp av två signaler. En av dessa är en analog trottelsignal mellan0-5V, där 0V motsvarar 0 i rotationshastighet. Rotationshastigheten ökar med ökandetrottelsignal tills den kommer till 5V, vilket motsvarar maximal rotationshastighet. Utövertrottelsignalen är enheterna utrustade med en digital omkopplare för rotationsriktning,där 0 motsvarar medurs rotationsriktning och 1 motsvarar moturs rotationsriktning. Närrotationsriktningen ska ändras måste trottelsignalen vara 0V, annars ger styrenheten utett felmeddelande. Styrenheten klarar av att ställa ut 40· 103 elektriska varv per minut(1). Enligt 2011 års DCT-projekt (2) har kopplingsaktuatorerna 14 poler, vilket då skullege ett mekaniskt max varvtal på:RPM = ERPM

Polpar = 400007 = 5714 rpm

Regleringen och positionsberäkningen för kopplingsaktuatorerna är från förra årets DCT-projekt men modifierade för att passa den nya hårdvaran.

4.6.1 Spänningsdelning för hallsensorerna

Hallsensorerna ger ut digitala signaler som varierar beroende på var på varvet motorn be-finner sig. De ger ut 5V för hög nivå och 0V för låg nivå. För att styrenheterna ska kunnatolka hallsensorernas signaler rätt krävs en modifiering av spänningsnivåerna. Detta åstad-koms med spänningsdelning samt en operationsförstärkare. De spänningsnivåer som krävsär 0.8-1.3V för låg nivå och 2.4-4.5V för hög nivå. Utifrån detta valdes spänningsnivåernatill 1V respektive 3V.

I figur 11 ses hur uppkopplingen mellan hallsensorerna och styrenheterna ser ut. Opera-tionsförstärkaren är av modell MCP6284. Vin avser hallsensorns utsignal och Vut avsersignalen som skickas till styrenheten. I tabell 5 ses värdena för de olika parametrarna iuppkopplingen för de två styrenheterna. Anledningen till att motståndet R1 skiljer sigmellan dem är för att hallsensorerna på de två motorerna har olika inre resistanser. Deninre resistansen Ri mäts upp genom att seriekoppla ett motstånd, R, med den inre resi-stansen, vilket ger en spänningsdelning över R. Låt oss kalla spänningen över R för VRoch ursprungspänningen för V. Då kunde R1 beräknas till 1200 Ohm för motor 1 och 2800Ohm för motor 2 genom:VR = R

R+R1V ⇔ R1 = RVRV −R.

För att få de önskade spänningsdelningarna väljs R2 och R3 på ett sådant sätt att spän-ningsnivåerna blir korrekta, se tabell 5.



När Vin är låg, dvs 0 volt kommer R1 och R2 bli parallellkopplade, deras ekvivalenta kretskan då skrivas som:

1Rtot

= 1R1 + 1

R2 ⇔ Rtot =R1·R2R1+R2

Spänningsdelningen över kretsen blir då:

Vut =Rtot

R3+Rtot· 5V,

sätts uttrycket för Rtot ovan in fås:

Vut =R1·R2R1+R2

R3+ R1·R2R1+R2

· 5V = R1·R2(R1+R2)·R3+R1·R2 · 5V

givet att vi väljer att Vut = 1V ⇒

1V · ((R1 +R2)·R3 +R1·R2) = (R1·R2)· 5V ⇔

R3 = (R1·R2)·(5V−1V )R1+R2

När Vin är hög, dvs 5 volt kommer R1 och R3 bli parallellkopplade, deras ekvivalentakrets kan då skrivas som:

1Rtot

= 1R1 + 1

R3 ⇔ Rtot =R1·R3R1+R3

Spänningsdelningen över R2 blir då:

Vut =R2

R2+Rtot· 5V, Sätts uttrycket på Rtot från ovan in fås:

Vut =R2

R2+ R1·R3R1+R3

· 5V = R2·(R1+R3)R2·(R1+R3)+R1·R3 · 5V.

givet att vi väljer att Vut = 3V ⇒

3V = R2·(R1+R3)R2·(R1+R3)+R1·R3 · 5V ⇔ 3V · (R2· (R1 +R3) +R1·R3) = R2· (R1 +R3)· 5V ⇔

R2 = 3V ·(R1·R3)(R1+R3)·(5V−3V ) , Sätts uttrycket för R3 från ovan in fås:

R2 =3V ·(R1· (R1·R2)·4

R1+R2 )

(R1+(R1·R2)·4R1+R2 )·(2V )

= 12·R12·R22R1·(R1+R2)+8R1R2 ⇔

1 = 6R1R1+R2+4R2 ⇔ 5R2 = 5R1⇔ R2 = R1.

Sätts R2=R1 in i ekvationen för R3 fås:

R3 = (R1·R2)·(5V−1V )R1+R2 = (R1·R1)·4

R1+R1 = 4R12

2R1 = 2R1.

För att få styrenheten att acceptera hallsensorernas nivåer väljs motstånden R2 och R3så att R2=R1 och R3=2R1.Eftersom att styrenheten i sig har en inre resistans använder vi en operationsförstärkaremed negativ återkoppling för att säkerställa att styrenheten får den spänning vi ger utgenom spänningsdelningen. Valen av Vut motiverades genom att få enkla beräkningar ochatt de ligger inom de givna spänningsintervallen.



Figur 11: Spänningsdelning med operationsförstärkare

Parameter Styrenhet Kelly 1 Styrenhet Kelly 2R1 2800 Ohm (inre resistans) 1200 Ohm (inre resistans)R2 2800 Ohm 1200 OhmR3 5600 Ohm 2400 Ohm

Tabell 5: Motståndstabell för uppkopplingen i figur 11



5 Delsystem: Motorstyrning växlingsaktuatorer

Detta delsystem består av två elmotorer som sköter aktueringen av växelsystemet. Mo-torernas specifikationer var okända inför projektets början, och de utvärderades underprojektet. För styrning av elmotorerna till växelaktuatorerna krävs en styrenhet som kla-rar av att styra en sensorlös borstlös DC-motor.


De två elmotorerna är av typen borstlös dc-motor. Sådana motorer har flera fördelargentemot vanliga klassiska dc-motorer såsom högre effektivitet, bättre vridmoment samtminskat slitage. Den största nackdelen med borstlösa motorer är att den kräver styre-lektronik för att fungera, då magnetfältet i statorn måste varieras beroende på läget hosrotorn.

5.2 Uppbyggnad

De två elmotorerna ses i figur 12. Elmotorerna sitter monterade i en kåpa som i sintur sitter monterad utanpå växellådan. Dessa elmotorer styr sedan positionen för de tvåväxelgafflarna som har till uppgift att låsa fast rätt växel. Se avsnitt 6 för en mer detaljeradbeskrivning.

Figur 12: De två borstlösa DC-motorerna som styr aktueringen av växelsystemet.

Prestandan för växelaktuatorerna utvärderades genom att mäta stigtiden för aktuatorer-na att styra växelgaffeln till rätt position och sedan lägga i växeln. Här räknas ej deneventuella varvtalsberoende synkroniseringstiden in (se avsnitt 11). En utvärdering gjor-des även på elmotorerna i sig, för att undersöka stigtid och översläng för aktuatorerna, dåde regleras med hjälp av framtagna regleralgoritmer.



5.3 Krav på fartreglagen

Följande krav kommer finnas på fartreglagen:

• Den ska kunna klara av strömmar uppemot 80 ampere (maxgräns på den ursprung-liga styrelektronikens transistorer).

• Motorerna ska kunna roteras åt båda hållen.

• Fartreglagen ska kunna styras från mät-/styrkortet.

• Fartreglagen ska kunna spänningsmatas med ett bilbatteri.

• Hastigheten ska kunna styras.

• Den ska klara av att styra en sensorlös BLDC.

5.4 Val av fartreglage

Valet för att styra de sensorlösa växelaktuatorerna föll på fartreglage för RC-bilar. EttReely LS4050 och ett Hobby King 120A sensored/sensorless Car esc (HK-1-8-120A) inför-skaffades. Båda modellerna av fartreglage uppfyller alla kraven ovan. Att det är två olikamodeller av fartreglage beror på en ursprunglig osäkerhet om ett fartreglage skulle klaravåra krav, därför beställdes först bara Hobby king reglaget. Leveransen av Hobby kingreglaget drog ut på tiden vilken ledde till att det andra fartreglaget införskaffades.

Fartreglagen styr de båda växelaktuatorerna genom att generera en trefas-fyrkantsvåg,vilken roterar magnetfältet i elmotorerna, vilket i sin tur får permanentmagneten attrotera med magnetfältet. Fartreglagen är sensorlösa och får ingen återkoppling på hurelmotorn roterar, utan den ställer ut en viss rotationshastighet på magnetfältet och antaratt motorn följer med i samma rotationshastighet. I figur 13 ses en bild på ett typisktfartreglage. För fartreglaget från Hobby king finns flertalet programmeringsmöjligheter,detta görs enklast genom att köpa ett separat programmeringskort, men det går även medhjälp av en pwm-signal och reglagets ljus- och ljudsignaler. Se deras respektive manualerför mer information (4), (5).



Figur 13: Översiktsbild Hobby king 120 A sensored/sensorless Car Esc, med utmarkeradekablage och kontakter.

5.5 Styrning av fartreglagen

Fartreglagen styrs med en pulsbreddsmodulerad (pwm) signal. Fartreglagen behöver enpwm signal på 50 Hz och en pulsbredd mellan 1 och 2 ms. Det vill säga fartreglaget kräveren puls mellan 1-2 ms var 20:e ms. En pulsbredd på 1.0 ms är maximal rotationshastighetbakåt, 1.5 ms är neutral och 2 ms är maximal rotationshastighet framåt. För att bytarotationsriktning krävs att trottelsignalen går igenom neutralläget, vilket innebär att enpuls på 1.5 ms ska tas emot av fartreglaget (en 1.5 ms puls är tillräcklig för att angeneutralläge). Görs inte detta, det vill säga att pwm-signalen går från en pulsbredd över 1.5ms till en pulsbredd under 1.5 ms i ett steg, ställer fartreglaget ut ett konstant magnetfältvilket får elmotorn att bromsa och stanna. Mellan neutral och maximal rotationshastigheti båda riktningarna finns det 9 olika hastighetssteg. Se figur 14, där referensföljning av enlinjärt ökande hastighet visas.



Figur 14: Referensföljning av en linjärt ökande hastighet. Som synes i figuren ökar has-tigheten i 9 steg från lägsta rotationshastigheten framåt till högsta rotationshastighetenframåt. Detta trots att regulatorn försöker ställa ut hastigheter som ligger mellan denio stegen. Efter det nionde steget nås den högsta möjliga hastigheten för motorn, ochregulatorn kan inte följa referenssignalen längre.

5.6 Kopplingsanvisningar

Ett fartreglage är väldigt enkelt att koppla in och köra, allt som behövs är en spännings-källa, en trottelsignal (pwm) och att koppla in faserna till elmotorerna. I tabell 6 nedanses de olika kablarna och deras funktioner. Hur dessa sitter på ett reglage kan ses i figur13. I DCT-applikationen används ej en extern receiver, utan trottel och jord (till receiver)kopplas direkt till mätkortet. Fartreglagen har även ett skjutreglage för på/av. Fasernakopplas direkt till ingångarna på elmotorerna för växelaktuatorerna, se figur 15.

Kabel FunktionRöd SpänningsmatningSvart JordBlå Fas AGul Fas BOrange Fas CVit Trottel inRöd 5V till receiverSvart Jord till receiver

Tabell 6: Fartreglagens kontakter och kablage. Receiver används ej. Se även figur 13.



Figur 15: Växelaktuatorernas elmotorer med utmarkerade fasingångar



6 Delsystem: Kartläggning av växelsystem

Eftersom den exakta strukturen för växlingssystemet var okänd, krävdes det en kartlägg-ning för att fastställa hur de olika växlarna är placerade, och hur dessa samverkar. Metodoch resultat av denna kartläggning redovisas i detta avsnitt.


Växelaktuatorerna (figur 1, “Elmotorer”) används för att styra växlingsmekanismen somkan ses i figur 16. Växelaktuatorerna styr de båda växeltrummorna med hjälp av två mel-lanliggande kugghjul på vardera sida. Växeltrummorna är identiska med samma kuggar,och växelgafflarna styrs genom att växeltrummorna roterar. Positionen för elmotorn ochdärmed växelgaffeln styrs från styrdatorn.

Figur 16: Skiss över växlingssystemet, vilket består av växelgafflar, växeltrummor ochlänkarmar.

Växelgafflarna styr i sin tur positionen för synkroniseringsringarna som används för attlägga i växlarna. Växlarna är utplacerade på två olika mellanliggande axlar, och momen-tet från motorn överförs via växlarna till någon av dessa axlar, från någon av de bådaingående axlarna, se figur 17. Ett delmoment i projektet har varit att fastställa vilken avde ingående axlarna som varje växel tillhör. Uppställningen i figur 17 är en principskissöver konfigurationen för växeluppsättningen. Denna konfiguration visualiseras även i figur2 (avsnitt 2.1), där växlarnas lägen framgår tydligare.



Figur 17: Principskiss över växeluppsättningen i DCT:n.

6.2 Design

Växelsystemet är designat för att kunna göra snabbba växlingar mellan udda och jämnaväxlar. Detta sker genom dubbelkopplingen, som möjliggör att en växel på vardera axelär låst medan enbart en koppling är aktiv, vilket förhindrar att båda axlarna ges momentsamtidigt. När själva växlingen sker läggs aktiv koppling ur och den andra kopplingenaktiveras, vilket gör att ingående moment byter axel. Växelsystemet har designats föratt kombinera prestandan hos en manuell växellåda med komforten hos en automatiskväxellåda.

6.3 Metodik

För att kartlägga växlarnas placering har kugghjulen för växelsystemet flyttats manuellttill olika positioner. Genom att stänga en av kopplingarna åt gången och ändra positio-nen på kugghjulen tills växelgaffeln förflyttats ett steg, jämfördes rotationen hos in- ochutgående axel för att avgöra utväxlingen för den aktuella växeln. Detta test gjorde attbåde utväxling och position kunde kartläggas för varje växel. Metoden utfördes på bådeden inre och yttre axel och resultatet redovisas i avsnittet nedanför.

6.4 Resultat

Positionerna för de olika växlarna redovisas i figur 18. Den inre ingående axeln är kopp-lad till de udda växlarna (1,3,5) och den yttre ingående axeln är kopplad till de jämnaväxlarna och backen (2,4,6,R). Mellan varje växel finns även ett neutralläge. Positioner-na är definierade så att position 0 motsvarar ändläget då växelkugghjulet roterats moturs.



Växel Uppmätt utväxling1 15.52 8.93 5.74 4.15 3.16 2.4

Tabell 7: Utväxlingen för samtliga växlar. Dessa värden är definierade som antalet roteradevarv på ingående axel per roterat varv på utgående axeln.

Figur 18: Positionerna för växlarna i DCT:n. Ett neutralläge finns mellan varje växel.Positionerna för varje växel är det antal varv som motorerna ska rotera från motursändläge.

Den uppmätta utväxlingen för varje växel redovisas i tabell 7 och är definierad som anta-let roterade varv på ingående axel per roterat varv på utgående axel. Värdena i tabelleninnefattar även slutväxeln för drivlinan vilken är beroende av vilken bil växellådan sitteri. På grund av detta kommer utväxlingen mellan växellådans in- och utgående axlar attskilja sig från dessa värden men de ger ändå en indikation på kvoterna mellan växlarna.Den maximala skillnaden mellan första och sista växeln har angivits till 7.2, givet inkopp-ling av en slutväxel.



7 Delsystem: Sensorer

Växellådan har fem stycken sensorer som ansluts via kontaktdon till ett kretskort påväxellådan. Sensorerna av den första typen är fyra till antalet och mäter med hjälp avvissa externa komponeter, se avnsitt 7.5, motorvarvtalet samt varvtalen på ingående ochutgående axlar i växellådan. Den andra sensortypen mäter positionen på transmissionslä-gesväljaren.

Figur 19: Sensorerna monterade på växellådan. ISS1 och ISS2 mäter varvtal på de tvåingående axlarna, och OSS mäter varvtal på utgående axel. ESS mäter varvtalet på mo-torn, och TRS anger i vilket läge växelväljaren befinner sig i. De två sistnämnda har ejanvänts i projektet.



7.1 Översikt av delsystemet

Figur 20: Kontakttyp för varvtalssenso-rerna

Figur 21: Kontakt för sensorn ovanförtransmissionslägesväljaren

I den vänstra figuren 20 ses kontakttypen(2 stift) för de fyra varvtalssensorerna. I denhögra figuren 21 visas kontakttypen för växelväljaren.

7.2 Ingående komponenter

För att mäta varvtalet på de två ingående axlarna samt den utgående axlen används trestycken varvtalssensorer (ISS1, ISS2 samt OSS) monterade utanpå växellådan, se figur19. En varvtalsalgoritm har utvecklats som med hjälp av dessa sensorer kan konverterautsignalerna till varvtalsinformation.



7.3 Metodik

Strukturerna på sensorernas mätvärden var från början av projektet okända och ett avprojketets mål var att bestämma dessa. Metoder för detta innefattade mätningar på kon-taktledningar för att kartläga anslutningarna samt “reverse engineering” för att fastställavad som mäts. Utvärderingen gjordes genom att manuellt rotera axlarna och analyserautsignalerna från varvtalssensorerna. Sensorerna används för att erhålla indata till algo-ritmer som gör om mätvärdena till varvtalsinformation. För att bestämma antalet kuggarper varv markerades en av kuggarna på respektive axel som lät roteras ett varv medansantalet kuggar som passerade monteringshålet för sensorn beräknades.

7.4 Funktion

Sensorerna har ett eget magnetfält som förändras när kuggar passerar sensorhuvudet.Sensordatat som läses in av mätkortet från ISS1 och OSS är en fyrkantsvåg med infor-mation om frekvensen för den roterande axeln. Högnivå i signalen motsvarar att en kuggbefinner sig under sensorn. ISS2 ger ut spikar istället för en fyrkantsvåg som de två andrasensorerna. En spik motsvarar att en kugg har passerats.

Dessa värden konverteras sedan om till ett varvtal, se avsnitt 8. Spänningen uppmätsöver ett motstånd som kopplats i serie med spänningsmatningen till sensorn. Sensornskickar ut en ström som växlar mellan två fixa spänningsnivåer. Dessa nivåer skiljer sigåt för varje sensor och går att se i nedanstående figurer, 22 till 28. Denna ström mätssedan indirekt genom att mäta spänningen över motståndet (de två fixa nivåerna påströmmarna motsvarar de spänningar som uppmäts över motståndet) och används avvarvtalsalgoritmen för att beräkna varvtalet.

För sensorn ovanför svänghjulet behövs ingen utvändig elektronik då denna inducerar enspänning själv när en kugg på svänghjulet passerar vilket kan läsas av direkt av mätkortet.Svänghjulssensorn ger även den ut spikar.

Figur 22: Inläst sensordata från ISS1, hela dataserien



Figur 23: Inläst sensordata från ISS1, inzoomad för att förtydliga den verkliga fyrkantsvå-gen

Figur 24: Inläst sensordata från ISS2, hela dataserien

Figur 25: Inläst sensordata från ISS2, inzoomad för att förtydliga den verkliga signalen



Figur 26: Inläst sensordata från OSS, hela dataserien

Figur 27: Inläst sensordata från OSS, inzoomad för att förtydliga den verkliga fyrkantsvå-gen

Figur 28: Inläst sensordata från svänghjulssensorn



7.5 Kopplingsschema

I figur 29 ses hur sensorerna ska kopplas. På kontakten till respektive sensor finns + och- markerat, och det är samma polaritet som visas i kopplingsschemat nedan. Spänning-en över motståndet mäts genom att beräkna skillnaden i spänning på vardera sida avmotståndet, det vill säga

V = Vhigh − VlowDetta eftersom mätkortet kräver att ha spänningskällans jord som referens.

Figur 29: Kopplingsschema för varvtalssensorer. Spänningen över motståndet mäts somskillnaden i potential på båda sidorna av motståndet med spännignskällans jord somreferens.



8 Delsystem: Varvtalsalgoritm

Syftet med varvtalsalgoritmen är att beräkna varvtalen på de olika axlarna i växellå-dan, så att dessa senare kan användas i styralgortimen som avgör när och hur växlingska ske. Algotitmen är utvecklad för ISS1, ISS2 och OSS, och kommer inte fungera försvänghjulssensorn utan ytterligare modifikationer då det inte var en del av detta projekt.

8.1 Översikt av delsystemet

Varvtalsalgoritmen består av mjukvara som analyserar utsignalerna från sensorerna påin- och utgående axel och konverterar dessa värden till varvtalsinformation.

8.2 Ingående komponenter

Delsystemet består uteslutande av MATLAB-kod som tar indata från mätkortet samttre andra parametrar för att beräkna varvtalet på intressant axel.

8.3 Design

För att bestämma varvtalet används mätvärden från varvtalssensorerna. Typiskt indataför en av varvtalssensorerna ses i figur 30. För förklaring av funktionen för sensorerna, seavsnitt 7.4.

Figur 30: Inläst sensordata från ISS1

Algoritmen läser in sensordatat ovan, vilken samplingstid som används under mätningen,vilken integrationsbredd (längd för intervallet där algoritmen appliceras) som önskas samthur många kuggar per varv intressant axel innefattar, se tabell 8. Algoritmen beräknarantalet kuggar som passerar sensorn under den valda integrationsbredden, räknar sedanut tiden som har passerat under integrationsbredden vilket ger hur många kuggar sompasserar per sekund för att slutligen konvertera detta till antalet varv per sekund medhjälp av antalet kuggar per varv. För att algoritmen ska fungera krävs att minst 2 kuggarhar passerat sensorn under den valda integrationsbredden.



Axel Antal kuggar per varvISS1 53ISS2 55OSS 65

Tabell 8: Tabell över antal kuggar per varv för de två ingående axlarna och den utgåendeaxeln.

Algoritmen presenteras nedan:

function [ vps ] = varv ta l ( sensordata , Ts , i n t eg ra t i on sbredd , kuggpervarv )

% Forberedning av datay=detrend ( sensordata ( 2 , : ) ) ;N=length ( y ) ;

y (y<0)=0; % Tar bor t ev . nega t i va varden

w=in t eg ra t i on sb r edd ;j =0;rpm= [ ] ;z=0;

for j =0:(N/w−1) % Loopa over a l l a sampel i i n t e g r a t i on s b r eddenz=y( j ∗w+1:( j +1)∗w+1); %Plockar ut en b i t av s i gna l en i va r j e loopi =1;k=0;while ( i<w)

while ( z ( i )>(min( y )+0.25) && i<w) % Pa vag upp mot hog nivai=i +1;

endk=k+1; % Raknare f o r an t a l e t toppar under i n t e g r a t i on s b r eddenwhile ( z ( i )<=(min( y )+0.25) && i<w) % Pa vag mot l a g niva

i=i +1; % Vanta t i l l s nasta topp kommerend

endvps ( j+1)=k ; % Inneha l l e r a n t a l e t toppar , dvs kuggar ,

% som pas s e ra t sensorn under in t e g ra t i on s b r edde rnaend

ska ln ing=Ts∗w;vps=vps /( ska ln ing ∗kuggpervarv ) ; % Raknar ut v a r v t a l e t mha an t a l e t toppar

% som passerar mel lan in t e g ra t i onsb r edden ,% t i d en under i n t e g r a t i on s b r edden samt% an t a l e t kugg per varv



9 Reglering

För att kunna styra växelaktuatorerna precist krävs någon form av reglerstrategi. Utannågon form av reglering ger ett steg som insignal vädigt stor översläng vilket inte äracceptabelt när målet är att positionsstyra så snabbt som möjligt. I det här projektetutvärderades två olika reglerstrategier, bangbang-reglering och PID-reglering. Dessa tvåövervägdes främst tack vare deras enkelhet, rättframma implementering och okompliceradeinställningsmöjligheter.

I detta projekt finns det framförallt krav på stigtid, översläng och stationärt fel. Dessastorheter mäts enklast upp genom att studera steg i insignalen hos ett system, i dettafallet då motorerna är positionsstyrd ges en position som insignal för att på så vis få ettstegsvar. Med stigtiden menas enligt den klassiska reglerdefinitionen den tid det tar för ensignal att gå från 10% av slutvärdet till 90% av slutvärdet. Detta för att inte eventuellaoscillationer, över/underslängar eller andra störningar ska påverka stigtidsmåttet. Förprojektet är målet att minimera denna stigtid för positionstyrningen. Med översläng menasatt signalen inte hinner stanna på sitt slutvärde, utan går förbi det för att sedan vändatillbaka och sedan styra in sig. Generellt är det önskbart att överslängen är så låg sommöjligt. I det här projektet var det ett krav att den ska vara så pass liten att växeln intepasseras, helst ska den vara lika med noll. Det stationära felet definieras som skillnadenmellan värdet då signalen har stabiliserat sig efter en förändring och det referensvärdesom angavs. Med “stabiliserat” menas här att signalen har nåt ett visst värde och sedanhåller det värdet utan att oscillera. Projeketets krav på reglering är ganska höga ochkommer av att växelaktuatoterna behöver hög precision, om de missar sina positioner kanväxlar missas, alternativt kan växellådan gå sönder om tillräckligt stort moment finns påde ingående axlarna.

För båda de undersökta regulatorerna är styrsignalen definierad som 0.5 < u(t) < 1 där0.75 motsvarar nolläget, värden under 0.75 motsvarar back och värden över 0.75 motsvarframåt. Detta eftersom pulsgeneratorn som är kopplad till motorstyrningen kräver ensådan signal.

9.1 Reglerstrategi 1 - PID

PID står för proportionell deriverande och integrerande och är en vida använd och välbeprövad reglerstrategi för återkopplade system. PID-reglering anses ofta vara den strategisom fungerar bäst då det inte finns en matematisk modell över systemet som ska reglerasdå den kan ställas in enbart med hjälp av stegsvar. PID-reglering beskrivs oftast meddenna algoritm:

u(t) = Ke(t) +Ki

∫ t

0e(τ)dτ +Kd

ddte(t)

Där u(t) är styrsignalen e(t) är det uppmätta reglerfelet (e = referenssignal -mätsignal)och K, Ki och Kd är parametrar som ställs in för att styra hur mycket varje del skapåverka regleringen.För detta projekt trimmades parametrarna in för hand, d.v.s. genom att pröva diverse oli-ka fall. Slutsatsen som erhölls var att D- och I- delen inte förbättrade prestandan. Därförsattes dessa parametrar (Ki och Kd) till noll. Således erhölls en P-regulator. Anledningentill detta är att systemet som regleras varken har noterbar översläng eller stationärt felsamt har så begränsad styrsignal att denna nästan alltid är i max- eller minläge. Regula-torn är implementerad på ett sådant vis att den reglerar mot ett litet intervall istället förpå ett fixt värde. Med detta menas, för en generell regulator med nollvärd nollvivå:u(t) = 0, |e(t)| ≤ qDär q avgör hur stort detta intervall är. För projektets applikation är nollnivån definerad



som 0.75 och således blir styrsignalen i praktiken:u(t) = 0.75, |e(t)| ≤ qHär definieras ”nollnivå” som den den nivå på utsignalen som innebär att systemets för-sätts i vila. I det aktuella fallet innebär det att motorn står stilla så att positionen ejförändras. Anledningen till att regulatorn implementerats på detta sätt är för att regula-torn alltid är aktiv och att när korrekt position uppnåtts är det viktigt att positionen inteändras. Om positionen ändras när moment finns på den ingående axeln och kopplingen ärsluten skulle detta kunna leda till att något går sönder. Om säkerhetsintervallet inte fannsfinns risken att regulatorn oscillerar med låg amplitud för att den aldrig blir helt ”nöjd”och således fortsätter att justera positionen. Dessutom finns det ett relativt stort intervallatt ställa växelgafflarna inom då växel fortfarande läggs i, varför denna implementeringfungerar mycket väl.

Projektet kom fram till att dessa parametrar gav tillfredställande prestanda:K ≈ 0.1q = 0.18

9.2 Reglerstrategi 2 - Bangbang

En annan, enklare typ av reglering, är bangbang-reglering. Denna reglering innebär attregulatorns utsignal växlar mellan två fixa nivåer, en max-nivå och en min-nivå. Bang-bangreglering används ofta för system med binära insignaler och kallas ibland för av/på-reglering. Bangbangreglering används även ofta för problem där målet är att minimeratidsåtgången vilket stämmer in bra på detta projekt.

I projektet används en modifierad variant där regulatorn även ger ut nivån noll då ak-tuatorn befinner sig inom ett visst intervall kring önskad position. Givet mätdata omaktuatorns position växlar regulatorn mellan dessa nivåer. Aktuatorn regleras med max-imal styrsignal, umax fram till önskad nivå, varefter styrsignalen från regulatorn minskastill noll. I det fall då aktuator posistionen överskrider referenspositionen styr aktuatorntillbaka med maximal styrsignal med omvänt tecken, −umax.

u =

umax, e > δ0, |e| < δ−umax, e < −δ

Variabeln e anger reglerfelets storlek (e = referenssignal - mätsignal) och δ är tröskelvärdetför detta fel. Variablen u är styrsignalen från regulatorn som styr elmotorn. Projektet komfram till att δ = 0.24 gav tillfredställande prestanda.



10 Utvärdering av reglerstrategier

Regulatorerna har utvärderats främst med hjälp av att avläsa reglerprestanda från stegs-varsexperiment. Alla experiment utfördes med motorerna urtagna ur växellådan. Medreglerprestanda syftas i det här fallet på stigtid, översläng och stationärt fel. Stigtidenskall vara så låg som möjligt, överslängen skall vara så liten som möjligt och det statio-nära felet skall vara så litet som möjligt.

10.1 Bangbang

Utvärderingen av regulatorn gjordes utifrån de data som presenteras i följande figurer 31,32 och 33:

Figur 31: Två stegsvar för den implementerade bangbangregulatorn. Blå heldragen mot-svarar den uppmätta signalen för motorns position. Röd streckad linje motsvarar referens-signalen.



Figur 32: Stegsvar för den implementerade bangbang-regulatorn med stigtiden utmarke-rad. Blå heldragen motsvarar den uppmätta signalen för motorns position. Röd streckadlinje motsvarar referenssignalen.



Figur 33: Stegsvar för den implementerade bangbang-regulatorn med översläng och statio-närt fel utmarkerat. Blå heldragen motsvarar den uppmätta signalen för motorns position.Röd streckad linje motsvarar referenssignalen.

Stigtiden för det stora steget, som motsvarar ett steg på 60 varv, blev med bangbang-reglering 1,10 s. Överslängen var 0.08 varv vilket även blir det stationära felet. Detta berorpå att regulatorn är implementerad för att reglera på ett litet målintervall istället för enfast punkt.

10.2 PID

Utvärderingen av regulatorn gjordes utifrån de data som presenteras i följande figurer34,35 och 36:



Figur 34: Två stegsvar för den implementerade PID-regulatorn. Blå heldragen motsvararden uppmätta signalen för motorns position. Röd streckad linje motsvarar referenssigna-len.



Figur 35: Stegsvar för den implementerade PID-regulatorn med stigtiden utmarkerad.Blå heldragen motsvarar den uppmätta signalen för motorns position. Röd streckad linjemotsvarar referenssignalen.



Figur 36: Stegsvar för den implementerade PID-regulatorn med översläng och stationärtfel utmarkerat. Blå heldragen motsvarar den uppmätta signalen för motorns position. Rödstreckad linje motsvarar referenssignalen.

Stigtiden för det stora steget, som motsvarar ett steg på 60 varv, blev med P-regleringungefär 1,11 s. Med P-regulatorn går det att åstadkomma en översläng på 0.17 varv. Detstationära felet blev 0.08 varv. Även denna regulator är implementerad så att den reglerarmot ett litet intervall.

10.3 Slutsats

En slutsats som går att dra av ovanstående data är att det går att få ungefär sammareglerprestanda med båda regulatorerna. Då bangbangregulatorn är både enklare i sinimplementering och således enklare att felsöka samt ej har parametrar som behöver ställasin, leder den här utvärderingen till den definitiva slutsatsen att bangbang-regulatorn äratt föredra framför PID-regulatorn i projektets applikation.

11 Prestandamått

Prestandamåttet mäts på sådant sätt att när ett positionssteg för växelaktuakorn görsså mäts tiden för hur lång tid det tar för växelaktuatorn att ta sig från 10% till 90% avstorleken på referenssteget. Denna tid brukar kallas för stigtid.

Längden på positionsteget är valt så att växelaktuatorn utför antingen en växling mellantvå närliggande växlar eller så att den går från ett neutralläge till en växel.

Ett exempel på krav som använts i ett annat DCT-projekt med hydraliska växlingsaktu-atorer.



• Neutral till växel < 100 ms

• Växel till växel < 150 ms

Stigtiderna ovan tillhandahölls samt specificerades av projektets kund Markus Olsson.Dessa tider innefattar inte den varvtalsberoende synkroniseringstiden som normalt settfinns vid en växling. Eftersom det i verkligheten oftast finns en skillnad i rotationshas-tighet mellan axlarna i en växellåda när växlingen utförs, tar det en viss tid innan dessarotationshastigheter har synkroniserats. Först efter detta kan växelgaffeln förflyttas tillsin slutposition. I detta projekt har vi enbart undersökt tiden för själva aktueringen ochbortser därför synkroniseringstiden.

Nedan har prestandatest utförts för växelaktuatorerna med regulatorstrategi bangbangsom är presenterad i avsnitt 9.2. För neutral till växel fås en stigtid på 49 ms enligt figur37. För växel till växel, i det här fallet växel 1 till växel 3, fås en stigtid på 88 ms enligtfigur 38. Lösningen med lasergivaren är tillfällig och fungerar inte helt optimalt. För vidareanalyser i eventuella framtida projekt bör denna bytas mot ett bättre alternativ för attmäta position. Lasergivaren ger i vissa fall felaktiga värden då den ibland missar att skickapulser och ibland skickar för många,vilket gör att positionsberäkningen blir osäker. Dettakan bero på att fälten på pappskivan som lasern mäter på inte är optimala för lasern ifråga. Noggrannheten i testen som utförts bör alltså betraktas som låg, men ger ändå engod hänvisning om motorernas prestanda.

Figur 37: Ett steg i referensposition på 6 varv har gjorts för att föra växelaktuatorn mellanneutral och växel(från neutral till växel 3).



Figur 38: Ett steg i referensposition på 12 varv har gjorts för att föra växelaktuatornmellan växel och växel(från växel 1 till växel 3).

Referenser[1] http: // kellycontroller. com/ kbs24121l50a12-24v-mini-brushless-dc-controller-p-1166.

html , 2012.

[2] DCT-group, Teknisk dokumentation Elektromekanisk aktuator styrning i DCT, 2011

[3] http: // kellycontroller. com/ mot/ downloads/ KellyKBSUserManual. pdf ,2012

[4] http: // www. hobbyking. com/ hobbyking/ store/ uploads/ User% 20manual%20hobbyking% 20ESC% 20for% 20car% 281% 29. pdf , 2012.

[5] http: // www. produktinfo. conrad. com/ datenblaetter/ 225000-249999/237092-an-01-ml-Brushless_ Fahrtregler_ de_ en_ fr_ nl. pdf , 2012


http://kellycontroller.com/kbs24121l50a12-24v-mini-brushless-dc-controller-p-1166.html

http://kellycontroller.com/kbs24121l50a12-24v-mini-brushless-dc-controller-p-1166.html

http://kellycontroller.com/mot/downloads/KellyKBSUserManual.pdf

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uploads/User%20manual%20hobbyking%20ESC%20for%20car%281%29.pdf

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uploads/User%20manual%20hobbyking%20ESC%20for%20car%281%29.pdf

http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/225000-249999/237092-an-01-ml-Brushless_Fahrtregler_de_en_fr_nl.pdf

http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/225000-249999/237092-an-01-ml-Brushless_Fahrtregler_de_en_fr_nl.pdf

teknisk dokumentation

Documents