AiR_ais_cw_8_joystick.pdf

Instrukcja do ćwiczenia nr 8 z Laboratorium Automatyki

Ćwiczenie 8.

Joystick force-feedback

Instrukcja do ćwiczenia nr 8 z Laboratorium Automatyki

Wstęp.

W skład stanowiska laboratoryjnego wchodzi:

– komputer PC z oprogramowaniem Matlab/Simulink pozwalający na wykonanie pomiarów oraz realizację

algorytmu sterowania,

– joystick Logitech Force 3D Pro będący obiektem sterowania,

– joystick Logitech Extreme 3D Pro służący jako źródło sygnału zadanego.

Rysunek 1. Stanowisko laboratoryjne. Po prawej joystick z force-feedback

Joystick Logitech Force 3D Pro posiada funkcję siłowego sprzężenia zwrotnego (force feedback) – pozwala on

nie tylko na pomiar położenia rękojeści, ale może także wywierać pewną siłę – wystarczającą do poruszania swobodną

rękojeścią w dwóch wymiarach.

Współpracę z joystickem z poziomu Simulinka umożliwia blok ff-joystick pokazany na rysunku 2. Sygnałami

wejściowymi dla bloku są wartość siły w osi x oraz siły w osi y. Sygnały wyjściowe to położenie joysticka (port

oznaczony jako „x”), prędkość („v”) i wywierana siła („f”) oraz położenie drugiego joysticka (bez sprzężenia siłowego,

port oznaczony jako "x(noFF)"). Sygnały te zawierają dwie współrzędne – dla osi x i y. Przyjęto, że oś x odpowiada

wychyleniom w lewo/prawo, oś y – wychyleniom do przodu/do tyłu. Aby rozdzielić sygnał na dwie współrzędne należy

skorzystać z bloku demux (położenia wykorzystywanych bloków w bibliotece Simulinka podano na końcu instrukcji),

co pokazano na rysunku.

Instrukcja do ćwiczenia nr 8 z Laboratorium Automatyki

Rysunek 2. Blok ff-joystick oraz sygnały wejściowe i wyjściowe

Zakresy wartości poszczególnych sygnałów wynoszą:

– dla położenia – wartości całkowite od -1000 do +1000, co odpowiada wychyleniu o około 15 stopni

odpowiednio w lewo i prawo / do przodu i do tyłu,

– dla sił w obu osiach – wartości całkowite od -10000 do +10000,

– prędkość obliczana jest przy pomocy filtru Golay'a-Savitzky'ego i przyjmuje wartości z zakresu

±1.6⋅10

Uwaga. Działanie algorytmu w Simulinku zawierającego blok ff-joystick jest spowolnione w taki sposób, by

czas symulacji odpowiadał czasowi rzeczywistemu. Komunikacja z joystickiem wykonywana jest co 1/100 sekundy,

stąd w parametrach symulacji (menu Simulation, polecenie Configuration parameters) należy wybrać Type: Fixed-step

oraz Fixed-step size: sampletime . (zmienna sampletime powinna zostać zdefiniowana w Matlabie przed uruchomieniem

bloku ff-joystick, wartość: 0.01).

Blok ff-joystick komunikuje się z joystickiem korzystając z dodatkowego programu ff-const (skrót na

pulpicie). Program ten należy uruchomić i pozostawić działający w tle przez cały czas wykonywania ćwiczenia.

Po uruchomieniu Matlaba należy w linii wpisać polecenie:

start_joy

Zadanie 0. Zapoznać się z działaniem stanowiska laboratoryjnego:

– uruchomić program ff-const,

– uruchomić Matlab i Simulink (w Matlabie wpisać polecenie Simulink ),

Instrukcja do ćwiczenia nr 8 z Laboratorium Automatyki

– utworzyć nowy model (w oknie Simulinka: File > New > Model),

– z odpowiednich bloków złożyć schemat pokazany na rysunku 3,

– ustawić parametry symulacji zgodnie z informacjami podanymi powyżej, wpisać czas zakończenia symulacji

(Stop time) jako inf,

– uruchomić symulację, zbadać zakresy uzyskiwanych wartości oraz możliwości zadania siły (zmienić wartość

w bloku Constant lub Contant1 na różną od zera, np. 2000).

Rysunek 3.Schemat Simulinka do Zadania 0

Zadanie 1. Wyznaczenie odpowiedzi skokowej obiektu.

– zmodyfikować schemat z poprzedniego zadania, tak by zadawana w osi x siła zmieniała się skokowo od

wartości zero do wybranej wartości z zakresu 0-10000,

– schemat uzupełnić o blok To Workspace (w ustawieniach bloku wybrać rodzaj danych: Structure with time),

– ustawić joystick w położeniu zerowym (lub bliskim zera) w obu osiach,

– uruchomić symulację i zatrzymać po skoku,

– w Matlabie wykreślić przebieg siły i położenia joysticka w osi x w funkcji czasu:

plot( odp.time, odp.signals.values(:,1), 'r', odp.time,

odp.signals.values(:,2), 'b' )

– sprawdzić jak zależy kształt uzyskiwanej odpowiedzi od amplitudy skoku?

Zadanie 2. Wyznaczanie charakterystyki statycznej.

Pomiary z siłą zadawaną ręcznie:

– zbudować schemat edytorze Simulink pozwalający na zadawanie dowolnej siły i wykorzystać go do

wyznaczenia 10-20 punktów charakterystyki statycznej joysticka (dla jednej osi)

Instrukcja do ćwiczenia nr 8 z Laboratorium Automatyki

– punkty wpisać do Matlaba jako macierz i wykreślić poleceniem plot

Automatyczne wyznaczanie charakterystyki:

– zbudować schemat Simulinka, w którym generowany jest sygnał prostokątny (okres 2s, wypełnienie 50%) o

rosnącej amplitudzie, np. 200, 400, 600, itd. (Można skorzystać np. z bloków Ramp, Quantizer, Pulse

Generator oraz Product)

– wygenerowany sygnał podać jako siłę w osi x joysticka

– zarejestrować w Matlabie zadawaną siłę oraz uzyskiwaną pozycję joysticka (blok To Workspace – zmienić

nazwę zmiennej z "simout" na "pomiar", rodzaj zmiennej: Structure with time)

– skorzystać z pliku steady_char do uzyskania punktów charakterystyki statycznej:

[sU,sY] =steady_char( pomiar.signals.values(:,1), pomiar.signals.values(:,2) )

– powtórzyć pomiary dla ujemnych wartości siły

Zadanie 3. Wyznaczanie charakterystyki częstotliwościowej.

– schemat z poprzedniego zadania zmodyfikować tak by zadawana była siła o przebiegu sinusoidalnym

– ustalić wartość amplitudy, która zapewnia jak najmniej zniekształcony sygnał na wyjściu

– po wykonaniu pomiaru skorzystać z pliku sin_analyz do wyznaczenia amplitudy (ampl), przesunięcia

fazowego (phi) i okresu (period) sygnału wyjściowego:

[ampl, phi, period] = sin_analyz( pomiar.time, pomiar.signals.values(:,1),

pomiar.signals.values(:,2) );

– pomiary wykonać dla różnych częstotliwości – pamiętając, że próbkowanie jest z okresem 10ms

– wykreślić charakterystyki:

– logarytmiczną amplitudową i fazową (Bodego),

– amplitudowo-fazową (Nyquista)

– uwaga: w celu poprawienia dokładności działania programu sin_analyz można usunąć początkową część

zmierzonego przebiegu, np.: (usuwa początkowe 3 sekundy z pomiaru typu Structure with time)

pomiar = przytnij( pomiar, 3 );

Zadanie 4. Wyznaczanie prędkości

– zbudować układ pozwalający na obserwowanie prędkości joysticka obliczanej przy pomocy:

a) bloku Derivative z biblioteki Continuous

b) bloku Discrete Derivative z biblioteki Discrete (tylko Matlab >6.5)

c) bloku o transmitancji:

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: