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학술저널
저자정보
최진석 (인하대학교) 이영삼 (인하대학교)
저널정보
제어로봇시스템학회 제어로봇시스템학회 논문지 제어로봇시스템학회 논문지 제23권 제2호
발행연도
2017.2
수록면
117 - 125 (9page)
DOI
10.5302/J.ICROS.2017.17.0002

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In this paper, we propose an implementation method for a hardware-in-the-loop (HIL) simulator for an inverted pendulum system using low cost open-source hardware. We adopted the Arch Max (ARM Cortex-M4-based open-source hardware) as an HIL simulator platform. Using the nested vectored interrupt controller (NVIC) mechanism of the Cortex-M4 core, we assigned three interrupts with different priorities to handle three parts of the HIL simulator. The model equation of the inverted pendulum system was solved in real-time using the Runge-Kutta method in a timer interrupt service routine. An input capture interrupt-based method was used to simulate the motor drive by converting the duty ratio of pulse width modulation (PWM) signals into the voltage level applied to a DC motor. To simulate incremental rotary encoders, which are two sensors for the inverted pendulum system, a timer interrupt-based quadrature pulse generation algorithm was presented and to generate the quadrature pulse more accurately, an error compensation method was also provided. Finally, animation functionality to give a visual indication of how the controller is progressing was implemented through Vpython. Through experiments, we illustrated that the proposed HIL simulator successfully simulates the real inverted pendulum and is useful for teaching students about designing a working controller through programming embedded devices.
#open source hardware #ARM Cortex-M4 #NVIC #HIL simulator #inverted pendulum

목차

Abstract
I. 서론
II. 도립진자 시스템의 모델방정식
III. 도립진자 HIL simulator 구성과 구현
IV. 도립진자 HIL simualtor 실험 결과
V. 결론
REFERENCES

참고문헌 (15)

참고문헌 신청
R. Isermann, J. Schaffnit, and S. Sinsel, “Hardware-inthe- loop simulation for the design and testing of engine-control systems,” Control Engineering Practice, vol. 7, no. 5, pp. 643-653, 1999. H. P. Halvorsen, “Hardware in the loop simulation,” Technical Reports of Telemark University College, 2012. B. Lu, X. Wu, H. Figuero, and A. Monti, “A low-cost real-time hardware-in-the-loop testing approach of power electronics controls,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 2, pp. 919-931, 2007. W. Ren, M. Steurer, and T. L. Baldwin, “Improve the stability and the accuracy of power hardware-in-the-loop simulation by selecting appropriate interface algorithms,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 44, no. 4, pp. 1286-1294, 2008. H. Hanselmann, “Hardware-in-the-loop simulation testing and its integration into a CACSD toolset,” Proc. of IEEE International Symposium on Computer Aided Control System Design, Dearbon, MI, pp. 152-156, Sep. 1996.

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