Invertiertes Pendel

System

Das digitale Pendel ist eine moderne Version eines klassischen Problems: Aufstellen und Ausbalancieren eines frei schwingenden Pendels in seiner Kehrlage bzw. Bewegen eines hängenden Pendels auf kontrollierte Weise. Der Wagen auf der Schiene wird digital kontrolliert, nach oben zu schwingen (selbstaufgerichtet) und das Pendel in einer aufrechten, gehaltenen Position auszubalancieren oder den Wagen mit dem Pendel in einer ungestörten Ausfahrstellung zu bewegen. Die Wagenstrecke ist begrenzt, was Einschränkungen für den Steueralgorithmus bedeutet. Im Pendelmodus wird das System verwendet, um das zweiarmige Pendel von einer Anfangsposition (ruhig hängend mit dem Wagen in der Mitte des Bewegungsweges auf der Schiene) auf eine Endposition mit aufrechtem Pendel und dem Wagen zurück auf seiner zentralen Position zu steuern. Im Kranmodus ist das Steuerproblem, die Position des Wagens ohne übermäßige Bewegungen des Pendels zu verschieben. Dieses Problem tritt zum Beispiel auf, wenn man einen Portalkran steuert. Mithilfe von MATLAB und den umfangreichen Schulungshandbüchern von Feedback und einer Advantech PCI-Karte (die eine beeindruckende Entwicklungsumgebung für digitale Steuersysteme darstellt) wird der Benutzer durch den Designprozess mithilfe von phänomenologischen Prozessmodellen, Dynamikanalyse, diskreter Modellidentifikation, Controllerdesign, Controllertests am Modell, Controllerumsetzung in Echtzeitanwendungen, Umsetzung verschiedener Steuerstrategien und Visualisierung geführt.

Methode

Die Ausstattung umfasst Schülerversuche im Labor mit ungefährlicher Kleinspannung. Die Durchführung der Versuche erfolgt mit einem Handbuch in gedruckter oder elektronischer Form.

Für diesen Versuch ist eine MATLAB™ Lizenz erforderlich und ist nicht im Lieferumfang enthalten

Die Ausstattung kann zusätzliche Softwarebausteine erfordern.

Zielgruppe

Ein Praktikum das sich an weiterführende Ausbildungsgänge von Fachschulen und technischen Universitäten richtet.

Vorkenntnisse

• Kenntnisse der klassischen Regelungstechnik.

Themen

Pendelmodell

• Bewegungsgleichungen 
• Nicht-lineares Modell 
• Lineare Modelle 
• Haftreibungskompensation 
• Laufendes Echtzeitmodell 
• Dynamisches Modell 
• Wagenmodellidentifikation 
• Identifikation erstes Modell 
• Verwendung von MATLAB-Steuerung (MATLAB nicht beiliegend) 
• Identifikation lineares Kranmodell 
• Linearmodell invertiertes Pendel 

Pendelaufbausteuerung

• Anlagensteuerung 
• PID-Steuerung 
• PID-Steuerung von Wagenmodellposition 
• PID-Echtzeitsteuerung von Wagenposition 
• Schwing-Echtzeitsteuerung 
• Schwingsteuerung des invertierten Pendels 
• Stabilisierung des invertierten Pendels 
• Kransteuerung 
• Kombinierte Steuerungstechniken 
• Schwingen und Halten 
• Auf-/Ab-Modell 

Gerät mit Schnittstellenkarte und Kabel