بخشی از مقاله
پیاده سازی ربات های متحرک در FPGA
خلاصه
در این مقاله با استفاده از آرایه دروازه میدان قابل برنامه ریزی (FPGA) و با کمک بهره گیری از نرم افزار Matlab، سیستم مسیر یاب ربات دوچرخه را در نرم افزار متلب طراحی می نماییم. کد مورد نیاز سخت افزار FPGA توسط Xilinx System Generator تولید می گردد. کد های VHDL ایجاد شده در این روش دارای کارایی , دقت و سرعت بهتری از روش های مرسوم دستی هستند. برای اطمینان از صحت کد های تولید شده و مشاهده پاسخ سیستم با استفاده از برنامهModelsim ساخت کمپانی EDA Simulator رابط کاربری HDL-Co Simulation را در نرم افزار متلب ایجاد کرده و خطای موجود را بررسی می نماییم..
کلمات کلیدی: FPGA ,ربات های دو چرخه, MATLAB, Xilinx System Generator
.1 مقدمه
در دهه های اخیر روبات های متحرک به سرعت در حال تکامل و رشد هستند. نظیر این روباتها مانند روبات های Car-Like دارای چرخ میباشند و مسیر طراحی شده را می بایست طی نمایند .بدین رو کنترلر های متعددی برای این منظور طراحی کرده اند که از انواع آن می توان به کنترلر مسیر یاب اشاره کرد .سایز و سرعت تراشه عاملی تاثیر گذار برای انتخاب سخت افزار سیستم مورد بررسی خواهد بود . FPGA تراشه ای در ابعاد میلی متر با قدرت پردازش موازی می باشد که در شرایطی که با کمبود فضا در طراحی ربات مواجه ایم بسیار موثر میباشد. [1] , [2]
همچنینFPGAها این قابلیت را دارند تا به صورت مجازی مجددا پیکر بندی گردند.[3] وجود ساختار موازی این تراشه باعث می گردد تا سرعت سیستم افزایش و در نتیجه زمان رسیدن به پاسخ نهایی سیستم کاهش می یابد.[4],[5] سخت افزار FPGA از زبان برنامه نویسی HDLپشتیبانی میکند .آنچه در این مقاله به ان می پردازیم طراحی سیستم ربات دوچرخه در سیمولینک متلب می باشد سپس برای ایجاد ارتباط با سخت افزار کد های مورد نظر را به صورت اتوماتیک و با کمک سیمولینک متلب ایجاد می کنیم [6],[7].
Xilinx System Generatorرابط کاربری به خصوصی است که کمپانی Xilinxدر اختیار کاربران قرار داده[8] و با لینک کردن متلب و Xilinx System Generator در آخرین مراحل نصب ایجاد می گردد.[10],[9]
چنین ویژگی به ما این امکان را میدهد تا مستقیما طراحی را از طریق بلوک سیمولینک، یا بلوک های FPGA یا ترکیبی از هر دو روش بتوان انجام داد. هدف ما در این مقاله بررسی مسیر یابی FPGA در چهار چوب محور های X,Yمی باشد .مطالعات اخیر شرکت شبیه ساز طراحی اتوماتیک اتوماسیون[6] نشان میدهد که صحت این شبیه سازی را می توان به کمک نرم افزار Modelsim که اعتبار کدهای ایجاد شده را تایید می نماید . در این روش کد VHDLایجاد شده کارآمد و احتمال اشتباه کاهش می یابد. [12],[13],[14]
. طراحی کنترلر ربات متحرک ماشین در FPGA
3,1 تنظیمات نرم افزاری
در این قسمت طراحی را بر اساس سه نرم افزار متلب Modelismو Xilinx System Generator انجام میدهیم. .با کمک پیکر بندی نرم افزار ISE DESIGN SUITE قادر خواهیم بود تا کتابخانه Unisimواقع در Modelsim را به وجود آوریم .در انتها متلب و Modelsim با یک دیگر لینک می شوند تا رابط کاربری HDL – CoSimulationرا به وجود آورند.
3.2 طراحی و پیاده سازی ربات دوچرخه
شکل (1) طرح ربات دوچرخه را به ما نشان می دهد [15], [16]. کنترلر پیشنهادی در این مدار می تواند PID یا فازی باشد .[16]
شکل : 1 مدار ربات دوچرخه
قبل از شروع به شبیه سازی سیستم مطابق شکل (2) می بایست نوع سیگنال های ورودی را قبل از وارد شدن به سیستم اصلی به صورت Fixed-point درآورد.
شکل 2 :گسستهسازی ورودی و خروجی هایسیستمقبل از واردشدنبه Subsystem اصلی
شکل 3 :پاسخسیستم درشرایط اولیه
3.3 شبیه سازی ساختمان داخلی در FPGA
برایپیاده سازی هربخش از سیستم موردنظر در Xilinx System Generator بتدا میبایست درگاههای گسسته((Gateway In را در مسیر وروری سیستمقرار می دهیم .شکل (5)
شکل 4 :بلوکاصلی جذر مربعات ورودی اول و دومسیستم
