DESENVOLVIMENTO DE UMA REDE MODBUS PARA O ... - Fei

Tensão Normalizada(V)
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
X SBAI – Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente
18 a 21 de setembro de 2011
São João del-Rei - MG - Brasil
Solicitação do Mestre
Resposta do Escravo
0
0 0.005 0.01 0.015
Tempo(s)
Figura 6: Sequência de Mensagens da Comunicação
Modbus.
5 Utilização da Rede em um Veículo
Autônomo
O CADU (Carro Autônomo Da UFMG) é um veículo
Chevrolet Astra 2003/2004 equipado com sistema
de direção hidráulica, marcha automática,
acelerador eletrônico e freios ABS controlados por
Unidades de Controle Eletrônica (ECU - Electronic
Control Units) e interconectadas por um barramento
CAN (Santos et al., 2008).
Os sistemas atualmente presentes no carro
para controle da velocidade (Freitas et al., 2009)
utilizam-se de comunicação USB e são: Acelerador,
Freio e Sensor de Velocidade das rodas. Estes
sistemas se comunicam com computador rodando
Windows Vista, que também executa o controlador
de velocidade. Neste trabalho, para avaliação
experimental da rede desenvolvida, este sistema
foi substituído por uma rede com um nó mestre
e três nós correspondentes aos sistemas de Acelerador,
Freio e Sensor de Velocidade. De fato,
os subsistemas atualmente instalados no veículo
foram adaptados para que a sua comunicação anteriormente
feita por USB fosse substituída pela
rede Modbus. A adaptação envolveu o uso de novos
conectores e cabos sem contudo ser necessário
a troca do hardware de interface com o veículo.
Um quarto nó foi inserido na rede de modo a permitirumamudançadinâmicadosetpoint
pormeio
de acionamento de botões. Esta abordagem é interessante
pois mostra a capacidade do Mestre de
receber informações ou comandos de outros nós
com a uma latência máxima igual a um período
de amostragem.
Em (Freitas, 2010) foi mostrado que a dinâmica
de aceleração do CADU possui uma constante
de tempo τ próxima de três segundos. As
dinâmicas envolvidasno freioeno aceleradortambém
são lentas o suficiente para que os atrasos
máximos da rede se tornem desprezíveis para os
comandos responsáveis pelo atuador de freios e o
atuador de aceleração. Deste modo, a taxa de
amostragem escolhida de 50Hz para o sensor de
velocidade e os demais nós escravos satisfaz as necessidades
do controlador.
O programa rodando no mestre consistiu em:
(i)obterpormeiodemensagensavelocidadeatual
do veículo medida pelo nó Sensor de Velocidade
das Rodas; (ii) obter o valor da referência fornecido
pelo nó de Setpoint; (iii) Fazer o processamento
com base em um algoritmo de controle
Fuzzy; (iv) enviar a mensagem de atuação para
o nó Freio e (v) enviar a mensagem de atuação
para o nó Acelerador. Com base nesta sequência,
escolheu-se período da tarefa de tempo real igual
20ms no qual serão executados os passos de (i) a
(v), cumprindo-se assim a taxa de amostragem de
50Hz para cada um dos nós presentes na rede.
O Gráfico da Figura 7(a) mostra o comportamento
da velocidade do veículo ao longo do tempo
em relação aos valores de setpoints especificados
enquanto que a Figura 7(b) mostra o comportamento
dos comandos de controle para o freio e
para o acelerador. Observa-se que o controlador
não apresenta um comportamento adequado devido
ao grande overshoot e também à oscilação
na velocidade sendo necessário ajustes para um
controle mais suave. No entanto, o experimento
serviu para validar a rede construída. Ao longo
de 120 segundos foram enviadas 6.000 mensagens
para cada um dos nós com período médio 20ms
e desvio padrão de 0,36ns. O total de mensagens
trafegadas na rede neste intervalo foram de 48.000
sendometadedelasrequisiçõesdomestreeaoutra
metade a resposta dos escravos. Neste intervalo os
nós responderam corretamente a todas as mensagens.
Os valores apresentados na Figura 7 foram
obtidos diretamente do log de mensagens enviadas
e recebidas.
0
0 20 40 60 80 100 120
ISSN: 2175-8905 - Vol. X 1183
Velocidade (Km/h)
Comando do Atuador (%)
30
20
10
100
50
Freio
Acelerador
(a)
(b)
Referência
Velocidade
0
0 20 40 60
Tempo(s)
80 100 120
Figura 7: Controle de Velocidade do CADU
usandoaredeimplementada. (a)Comportamento
da velocidade do veículo. (b) Comandos enviados
aoaceleradoreaofreiodoveículo. Osdadosforam
obtidos por meio das mensagens da rede Modbus.