This report is the final report for the FPGA accelerated PID controller, part of the Distributed Control Systems project. This project runs within the Lectoraat Robotics and High Tech Mechatronics of Fontys Hogeschool Engineering Eindhoven. The Lectoraat has the goal to develop applicable knowledge to support education and industry. This knowledge is acquired with projects run in conjunction with the industry. The report will go into detail for the software designed for this project, not the hardware design. This report is intended for follow up students working on the Distributed Control Systems project. Within this report the assumption is made that the reader is at least familiar with the terms EtherCAT, FPGA, Linux and PID controllers. However for each part a small basic introduction is included. For readers looking for the accomplishments in this project, the results are in chapter six. Following are short descriptions of the chapters in this report. The first chapter will give a short introduction to the project. It talks about why the project was conceived, where the project was done and what the expected end result is. The second chapter, the problem definition, talks about how the project has been defined, what is included and what is not and how the customer expects the final product to function and look like. The third chapter details the methodology used during this project. All the research preformed for this project will be described in the forth chapter. This chapter goes into the research into the Xilinx Zynq 7000 chip, Beckhoff's EtherCAT system, how the Serial Peripheral Interface works and how a PID controller functions. Following in chapter five the design is expanded upon. First the toolchain for building for the Zynq chip is explained. This is followed by and explanation of the different software parts that have been designed. Finally chapters six and seven provide the results and the conclusions and recommendations for this project.
DOCUMENT
The past two years I have conducted an extensive literature and tool review to answer the question: “What should software engineers learn about building production-ready machine learning systems?”. During my research I noted that because the discipline of building production-ready machine learning systems is so new, it is not so easy to get the terminology straight. People write about it from different perspectives and backgrounds and have not yet found each other to join forces. At the same time the field is moving fast and far from mature. My focus on material that is ready to be used with our bachelor level students (applied software engineers, profession-oriented education), helped me to consolidate everything I have found into a body of knowledge for building production-ready machine learning (ML) systems. In this post I will first define the discipline and introduce the terminology for AI engineering and MLOps.
LINK
Het onderzoek in het artikel is geïnspireerd door de casus 'platooning' uit de Grand Cooperative Driving Challenge. Er is een PreScan®/Sumulink® model opgesteld met daarin twee auto's. De voorste auto volgt een vastgesteld snelheidsprofiel, de tweede auto volgt de eerste auto waarbij de tweede auto de snelheid van de eerste meet met behulp van een AIR-sensor. De besturing van het gaspedaal in beide auto's vindt plaats met Fuzzy Logic Control in plaats van met een klassieke regelaar. Concluderend mag worden gesteld dat in dit verkennend onderzoek gebleken is dat de Fuzzy Logic Control techniek in principe werkt.
DOCUMENT
Inleiding en praktijkvraag De groeiende wereldbevolking gecombineerd met de klimaatverandering zorgt voor een de noodzaak tot een duurzame voedselvoorziening (KIA missie Landbouw, voedsel & water). Een significante reductie van gewasbestrijdingsmiddelen is daarbinnen een belangrijke doelstelling. Robotica maakt als technologie motor van de precisielandbouw plant specifieke precisie-bestrijding mogelijk. Het projectconsortium onderzoekt een semiautonoom samenwerkend grond-luchtrobot platform voor de precisielandbouw. Projectdoelstelling De doelstelling van het project AGRobot Platform is dan ook: “Onderzoek de mogelijkheden van een semi-autonoom samenwerkend grond-lucht robotplatform voor de precisielandbouw”. De hoofddoelstelling wordt binnen dit project beantwoordt door de deliverables uit de volgende subdoelstellingen: 1. Case studie onderzoek naar de mogelijke voordelen van het grond-luchtrobotplatform 2. Onderzoek naar de benodigde technologieën voor een grond-luchtrobotplatform 3. Ontwikkelen van een eerste (mogelijk case-specifieke) demonstrator 4. Ontwikkelen van (nieuwe) samenwerkingsvormen. Vraagsturing & Netwerkvorming Riwo Engineering is een industriële automatiseeerder die met zijn grondrobots en control-besturingssytemen actief is in de veeteelt. DRONEXpert gebruikt hyperspectrale camera’s onder drones voor het bemeten van gewassen. Saxion mechatronica onderzoekt met de onderzoekslijn unmanned robotic systems hoe de nieuwste robotica technologieën systemen mogelijk maakt voor ongestructureerde omgevingen. De partners bezitten gezamenlijk een enorm netwerk (TValley, Space53, euRobotics) en klanten om via de case studies de kansen te achterhalen en te realiseren. Innovatie Nergens ter wereld is een samenwerkend grond-luchtrobot platform actief in de precisielandbouw. Voor OostNederland, met naast veel robotica kennis ook veel Agro-kennis, zal het project letterlijk de KIEM zijn voor nieuwe projecten waaruit de valorisatie kansen richting heel Europa gaan. Activiteitenplan & Projectorganisatie Het project wordt geleid door de lector Dr. Ir. D.A.Bekke en uitgevoerd door Abeje Mersha en Mark Reiling samen met het deelnemend MKB. Het project bestaat uit 4 werkpakketten die achtereenvolgens antwoordt geven op de gestelde subdoelstellingen. Aan elk werkpakket zijn deliverables gekoppeld.
De groeiende wereldbevolking zorgt voor noodzaak tot optimaler gebruik van landbouwgrond. De innovatie van de eerste elektrische tractor door Boessenkool B.V. zorgt voor minder rijsporen en daarmee een effectiever landbouw gebruik. Tevens creëert deze elektrificatie de mogelijkheid tot volcontinue automatische landbouw. De in ontwikkeling zijnde landbouw-drone van Drone4Agro B.V. laat geen enkel rijspoor achter en heeft de autonome landbouw tot doel! Saxion, als kennisontwikkelaar van systems engineering en modulaire robotica, en bovengenoemde partners hebben elkaar gevonden tijdens gesprekken over het drone test centrum. Saxion is ook aangesloten bij de SMART Industry agenda Boost van Oost Nederland en mede-oprichter van de netwerkorganisatie LEO Robotics. De centrale kennisvraagstelling luidt: “Is het mogelijk om een koppeling van een autonome drone met een oplaadstation te maken, waarbij de drone een autonome landingsprocedure gebruikt?” Tevens wordt gekeken naar welke kennisvragen opgelost moeten worden om te komen tot (vol‑)automatische landbouwbewerkingen. De autonome besturing en toekomstige volautomatische landbouwbewerkingen openen internationaal de mogelijkheden tot autonome landbouw op grote schaal en voor Saxion tot een duurzame investering in de kenniskring. De technische uitdaging zit hem in de overgang van de GPS gecontroleerde besturing naar de automatische landing/koppelingsprocedure, waarbij een besturingscontrol overdracht moet plaats vinden. Tevens is de technische uitdaging om de besturing zodanig generiek en modulair op te zetten dat het hardware (grond of luchtrobot) onafhankelijk is. De kennis van de besturingen zal gedeeld worden om te komen tot een technische doorontwikkeling van de autonome besturing. Middels de kennisontwikkeling op gebied van autonome besturing en demonstratiemodellen van de luchtrobot en eventueel grondrobot wordt het proof-of-concept aangetoond. Middels stages en afstudeeropdrachten zal geprobeerd worden de kennis te implementeren in de prototypes bij de bedrijven. Middels de bewezen systems engineeringsmethodiek “Het V-model” zullen de functionele klantenwensen t.a.v. de landbouwbewerkingen worden vertaald naar de kennisvragen, mogelijke technische oplossingen en eventuele vervolgprojecten.
Fontys University of Applied Science’s Institute of Engineering, and the Dutch Institute for Fundamental Energy Research (DIFFER) are proposing to set up a professorship to develop novel sensors for fusion reactors. Sensors are a critical component to control and optimise the unstable plasma of Tokamak reactors. However, sensor systems are particularly challenging in fusion-plasma facing components, such as the divertor. The extreme conditions make it impossible to directly incorporate sensors. Furthermore, in advanced reactor concepts, such as DEMO, access to the plasma via ports will be extremely limited. Therefore, indirect or non-contact sensing modalities must be employed. The research group Distributed Sensor Systems (DSS) will develop microwave sensor systems for characterising the plasma in a tokamak’s divertor. DSS will take advantage of recent rapid developments in high frequency integrated circuits, found, for instance, in automotive radar systems, to develop digital reflectometers. Access through the divertor wall will be achieved via surface waveguide structures. The waveguide will be printed using 3D tungsten printing that has improved precision, and reduced roughness. These components will be tested for durability at DIFFER facilities. The performance of the microwave reflectometer, including waveguides, will be tested by using it to analyse the geometry and dynamics of the Magnum PSI plasma beam. The development of sensor-based systems is an important aspect in the integrated research and education program in Electrical Engineering, where DSS is based. The sensing requirements from DIFFER offers an interesting and highly relevant research theme to DSS and exciting projects for engineering students. Hence, this collaboration will strengthen both institutes and the educational offerings at the institute of engineering. Furthermore millimeter wave (mmWave) sensors have a wide range of potential applications, from plasma characterisation (as in this proposal) though to waste separation. Our research will be a step towards realising these broader application areas.
Lectoraat, onderdeel van NHL Stenden Hogeschool
