Návrh bezpečného řídicího systému pro dvoukolové balancující vozidlo

Abstract

Tato práce se zabývá návrhem nového řídícího systému, odolného proti chybám, pro nestabilní samo-balancující dvoukolové vozidlo typu Segway. Původní systém vozidla je podroben analýze rizikovosti jeho součástí a na základě výsledků jsou navržena opatření pro zvýšení jeho bezpečnosti. Je navržena nová topologie řídícího systému obsahující dvě samostatné řídící jednotky, redundantní senzoriku a voter. Pro řídící jednotky byl vyvinut software obsahující bezpečnostní algoritmy a mechanismy přepínání kontrolních výstupů. V práci jsou také představeny dva matematické modely vozidla různé složitosti, které jsou následně využity při HIL testování nově navrženého systému. Celý návrh byl proveden s využitím nástrojů pro Rapid Control Prototyping.This thesis deals with the design of a new fault-tolerant control system for a self-balancing two-wheel vehicle of the Segway type. The original vehicle system is subject to a risk analysis of its components. Based on the results, new safety measures are suggested for the system. A new control system topology is designed, consisting of two independent control units, redundant sensors and a voter. Software for the control units integrating fault-detection algorithms and a control outputs switching mechanism has been developed. Two mathematical models of different complexities for the vehicle are presented and then used in HIL testing of the new control system. The whole design of the system was done using Rapid Control Prototyping tools.