AbstractsPhysics

A motion cueing model for mining and forestry simulator platforms based on Model Predictive Control; En modell för rörelsesignaler till simulatorplattformar inom gruv- och skogsindustri baserad på Model Predictive Control

by Jens Walker




Institution: Umeå University
Department:
Year: 2015
Keywords: MPC; Model; predictive; control; washout; mpf; motion; platform; Natural Sciences; Computer and Information Science; Computer Vision and Robotics (Autonomous Systems); Naturvetenskap; Data- och informationsvetenskap; Datorseende och robotik (autonoma system); Physical Sciences; Other Physics Topics; Fysik; Annan fysik; Master of Science Programme in Engineering Physics; Civilingenjörsprogrammet i Teknisk fysik; Examensarbete i teknisk fysik; Examensarbete i teknisk fysik
Record ID: 1351714
Full text PDF: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-98685


Abstract

Oryx Simulations produce simulators for mining and forestry machinery used for educational and promotional purposes. The simulators use motion platforms to reflect how the vehicle moves within the simulator. This platform tilts and accelerates the driver in order to enhance the experience. Previously a classical washout filter algorithm has been used to control the platform which leaves something to be desired regarding how well it reflects the vehicles movement, how easy it is to tune and how it handles the limits of the platform. This thesis aims to produce a model that accurately reflects angles, velocities and accelerations while in the mean time respecting the limits of the platform. In addition to this the developed model should be easy to modify and tune. This is achieved using so-called Model Predictive Control which achieves the wanted behaviour by predicting how the platform will move based on its current state while implementing the constraints of the platform directly into the model. Since all of the parameters in the model are actual physical quantities, this makes the model easier to tune. A key component in this solution is the so-called tilt coordination which consists of substituting a lateral/longitudinal acceleration with the acceleration of gravity by tilting the driver. Constructing and implementing this model in Matlab we verify it by using data extracted from the simulator environment. We see that the parameters consisting of angles, rotational velocities and linear accelerations are tracked very well while respecting the constraints for the platform, constraints that can be easily changed to fit the current simulator.We also see that the model successfully implements tilt coordination into the behaviour of the platform. This model performs extraordinarily well in theory, what remains is to implement this to the motion platform and fine-tune it. ; Oryx Simulations tillverkar simulatorer i huvudsak för gruv- och skogsindustrinvilket används i utbildnings- och marknadsföringssyfte. Simulatorerna använder en röorelseplattform för att spegla hur fordonet i simulatormiljön rör sig. Denna plattform lutar och accelererar föraren för att förstarka upplevelsen. Tidigare har ett så kallat klassiskt washout-filter använts för att kontrollera plattformen som lämnar en del i övrigt att onska vad gäller hur väl fordonets rörelser speglas, hur lätt det ar att justera samt hur det hanterar plattformens begränsningar. Detta projekt ämnar producera en modell som väl speglar vinklar,hastigheter och accelerationer samtidigt som den respekterar plattformens gränser. I tillägg till detta bör modellen vara enkel att modifiera och justera. Detta uppnås genom så kallad Model Predictive Control som förutsager hur plattformen kommer röra sig utifrån dess aktuella tillstånd samtidigt som den respekterar de tvång som finns på plattformen direkt i modellen. Då alla parametrar i modellen är faktiska fysiska kvantiteter blir modellen märkbart lättare att justera. En viktig komponent i denna lösning…