Projeto de controladores para um sistema de direção elétrica utilizando a metodologia de projeto baseado em modelos

Autor: Silva, Rafael Rodrigues da
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UnBUniversidade de BrasíliaUNB.
Druh dokumentu: masterThesis
Popis: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.
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Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal (FAP-DF).
A utilização e complexidade dos sistemas Eletroeletrônicos (E/E) automotivos têm crescido bastante ao longo dos anos. Esse crescimento é justificado pelos diversos benefícios que estes sistemas podem oferecer frente aos sistemas puramente mecânicos ou hidráulicos tais como: segurança, redução no consumo de combustível, redução na emissão de poluentes e aumento do conforto. Neste sentido, diversos subsistemas foram substituídos total ou parcialmente por dispositivos E/E. Paralelo ao desenvolvimento dos sistemas E/E automotivos, a complexidade dos softwares embarcados automotivos tem sido elevada consideravelmente. Pesquisas mostram que, atualmente, o desenvolvimento de software automotivo é responsável pelo maior custo no projeto de um veículo e o número de linhas de código podendo chegar a centenas de milhões. Devido a este a aumento significativo na quantidade e complexidade dos softwares automotivos, os desenvolvedores têm buscado cada vez mais metodologias que acelerem e sistematizem o processo de desenvolvimento. A Metodologia de Projeto Baseado em Modelos (MBD) surge como uma alternativa para o desenvolvimento de software automotivo, uma vez que apresenta uma série de benefícios em relação ao desenvolvimento de software tradicional. Neste trabalho a metodologia MBD é aplicada ao desenvolvimento do software de controle de um Sistema de Direção Elétrica Assistida (EPAS). Para isto, duas estratégias de controle foram propostas. A primeira é a estraté- gia de controle Linear Quadrática Gaussiana (LQG) que é composta por um controlador Linear Quadrático (LQR) e um Filtro de Kalman para estimação dos estados. A segunda estratégia é o Controlador Preditivo Baseado em Modelos (MPC). Complementar à estratégia de controle MPC, foi desenvolvido um método de parametrização exponencial, o qual contribui significativamente com a redução do custo computacional. Os resultados apresentados mostraram que as estratégias de controle propostas cumpriram de forma satisfatória os requisitos de controle, tanto em nível de simulação quanto em nível de hardware. Neste sentido a metodologia MBD foi implementada no desenvolvimento do software de controle do sistema EPAS e os resultados mostraram que esta técnica proporciona uma série de benefícios e é capaz de acelerar e sistematizar o processo de desenvolvimento.
The usage and complexity of automotive electro-electronic (E/E) systems have grown signifi- cantly over the years. This growth is justified by the many benefits these systems can offer in comparison to purely mechanical or hydraulic systems, such as: increased safety, reduced fuel consumption, reduced pollutant emissions and increased comfort. Thus, several subsystems have been totally or partially replaced by E/E devices. Simultaneously to the development of automotive E/E systems, the complexity of embedded automotive softwares has been raised considerably. Research shows that, today, automotive software development is responsible for the greatest cost in designing a vehicle, and the number of code-lines can reach hundreds of millions. Due to this significant increase in the quantity and complexity of automotive softwares, developers have increasingly sought methodologies that accelerate and systematize the development process. The Model-Based Design (MBD) methodology emerges as an alternative for the development of automotive software, since it presents a series of benefits in comparison to the development of traditional software. In this work, the MBD methodology is applied to the development of the control software of an Electric Power Assisted Steering (EPAS) system. In order to accomplish this, two control strategies were proposed. The first one is the Linear-Quadratic-Gaussian (LQG) control strategy, which is composed of a Linear-Quadratic-Regulator (LQR) and a Kalman Filter, for estimation of the states. The second strategy is the Model-Based Predictive Control (MPC). In addition to the MPC control strategy, an exponential parameterization method was developed, which contributes significantly to the reduction of computational cost. The results presented showed that the proposed control strategies fulfilled the control requirements satisfactorily, both at the simulation level and at the hardware level. This way, MBD methodology was implemented in the development of the EPAS control software and the results showed that this technique provides a series of benefits and is able to accelerate and systematize the development process.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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