Konstruktion av ECU - Ett industriprojekt på Y-linjen

Detta projekt utfördes på Scandicraft Systems AB i Mjärdevi Science Park av en  projektgrupp bestående av: Johan Nilsson, Jonas Sporrong, Anneli Tonnvik och Peter Uhlin. Scandicaft utvecklar och marknadsför en unik autonom minihelikopter för bl.a industriella mätuppdrag.

Helikoptern styrs antingen autonomt av en dator, Flight Control System (FCS) eller manuellt via radiostyrning, Manuell Control Reciver (MCR). Helikopterns styrytor, d.v.s. roder, throttel e.t.c kontrolleras av elektriska servon,  sammanlagt minst 5 st. Servona har inbyggd motorreglering, kraftelektronik och kommunicerar med FCS och MCR via pulsbreddsmodulerad (pwm) signalöverföring. Dessa servon är egentligen tänkta för hobbyflygning och uppfyller inte de krav Scandicraft ställer, bl.a. har de följande brister:

• 5 V matningsspänning , helikopterns kraftsystem använder 24 V. Detta innebär att helikoptern måste utrustas med en stor och tung   DC/DC omvandlare och ett kraftkablage med grov dimension.
• Det finns ingen möjlighet för kommunikation från servo till FCS. Detta innebär att FCS inte kan kontrollera servonas funktion. Ofta kan helikoptern nödlandas med hjälp av autorotation om FCS vet vilket delsystem som inte fungerar och kan kompensera för detta.
• Servona är inte tillräckligt robusta för den krävande miljön i helikoptern och både mekanik och elektronik har brister.

• Servomotorn  (märkspänning 6V) ska drivas på 24V, löstes genom att pulsbreddsmodulera matningsspänningen.
• Tvåvägskommunikation ska vara möjlig mellan FCS och ECU. Kommunikationen ska ske på någon lämplig tvåtråds standardbuss.
• Servomotorn ska diagnosiseras m.a.p överbelastning, växelfel, matningsspännings bortfall etc. ECU ska på förfrågan från FCS kunna meddela servots status.
• ECU ska kommunicera med både FCS och MCR och själv kunna avgöra från vilken enhet börvärde till sevot ska avläsas. Kommunikationen med MCR ska ske med standard pulsbreddsmodulerad signal. Om ingen enhet är tillgänglig ska ECU själv kunna generera ett ärvärde, utifrån enkla regler.
• Totala ECU lösningen ska vara driftsäker, robust och inte vara tyngre eller mer effektkrävande än nuvarande lösning. Servots vinkellägesregulator ska ha lika bra eller bättre prestanda än nuvarande lösning.

Den färdiga prototypen av ECU:n utgjordes huvudsakligen av en enchipsdator av fabrikat Siemens C505CA (inbyggd CAN-controller) och motorstyrnings krestsar. Efter en förstudie valdes CAN-bussen (Control Area Network) för kommunikation FCS-ECU. Några termer som beskriver arbetet med konstruktion och implementering av ECU:n:
Hårdvarunära C programmering , Realtids krav, Regulator design,  Modellbygge och simulering av reglerloopen i System Build,  Motorstyrning, CAN-buss, utformning av buss-protokoll, projektledning, tidsplan och designdokument.

Jan-Erik Strömberg projektledare på Scandicraft ger följande omdömme om projektgruppen.

-De har varit ambitiösa och självgående. I ett litet utvecklingsföretag som Scandicraft har man små resurser, inte minst personellt och har bara tid att driva de absolut viktigaste projekten. Projektgruppen har gjort en viktig insats, inte minst har deras förstudie och utvärdering bidragit till att vi investerat i en utvecklingsmiljö för C505 processorn och att vi anammat CAN konceptet. Detta är ytterligare ett exempel på ett fint sammarbete mellan Linköpings tekniska högskola och företagen i Mjäredevi Sceience Park.