Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schwebe Magnet Regelstrecke ermitteln


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von David (Gast)


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Hallo,
ich habe einen Aufbau (schwebender Magnet) mit einem fertigen Programm 
bekommen und soll dies nachbauen. Das Programm liegt nur als hex file 
vor.

Zum Aufbau:
Es ist ein senkrechte Spule + Ferritkern mit einem quadratischen 
(5mmx5mmx1mm) Magnet darunter. Dieser Magnet soll zum Schweben gebracht 
werden. Die Ansteuerung übernimmt ein Mikrocontroller und ein Mosfet. 
Gemessen wird der Abstand vom Boden mit einem Hallsensor.

Vom Beispielprogramm habe ich den Strom in % und die Spannung vom 
Hallsensor.
Kennlinie Spannung - Abstand ist auch vorhanden.

Problem:
Da dies eine bekannte Problemstellung ist, war es nicht schwer eine 
Formel für das Kräftgleichgewicht aufzustellen:

k*i^2/(h-x) - m*g = m*a;

h : Abstand der Spule vom Boden
i : Spulenstrom
m : Masse

Wenn man dies zweifach integriert würde man den Abstand erhalten. Mein 
Problem ist es jetzt den Faktor k herauszufinden, um die Strecke 
eindeutig beschreiben zu können. Das B Feld ist auch schwierig zu 
ermitteln, da ich keine Spulenparameter ermitteln kann. Diese ist fest 
eingegossen.

Sprungantwort und Sweep kann ich nicht meiner Meinung nach nicht 
realisieren, da die Strecke instabil ist.

Habt Ihr eine Idee?

Vielen Dank, Ihr würdet mir sehr helfen.

von MaWin (Gast)


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David schrieb:
> Gemessen wird der Abstand vom Boden mit einem Hallsensor.

Hmm, ein Hallsensor im Boden misst alles mögliche, aber nicht den 
Abstand. Schliesslich wirkt nicht nur das Magnetfeld des schwebenden 
Magneten, sondern es ist überlagert vom Magnetfeld der Spule.

Daher ist die Regelstrecke alles andere als einfach.

Magnet zu tief, Magnetfeld am Hallsensor höher, Spule mehr Strom, 
Magnetfeld der Spule überlagert das Magnetfeld des Magneten also ändert 
sich das Magnetfeld am Hallsensor obwohl sich der Magnet wegen 
Masseträgheit noch gar nicht bewegt hat, bewegt er sich dann und regelt 
die Spule nach, liegt am Hallsensor womöglich genau dasselbe Maghnetfeld 
an obwohl der Magnet woanders schwebt.

von Reinhard #. (gruebler)


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David schrieb:
> k*i^2/(h-x) - m*g = m*a;
>
> h : Abstand der Spule vom Boden
> i : Spulenstrom
> m : Masse
>
> Wenn man dies zweifach integriert würde man den Abstand erhalten.

Nun übertreib mal nicht.
Du braucht einen einfachen PI-Regler mit kräftigem
P-Anteil. Mit dem D-Anteil muss man ein wenig
spielen und schon schwebt es.

Wenn du eine Anleitung brauchst siehe hier:

http://www.bis0uhr.de/
  -> Science Content -> schwebende Kugel

von David (Gast)


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Dies funktioniert aber so, da nur das Magnetfeld vom Magneten gemessen 
wird. Ich denke es liegt daran, dass die Feldlinien von der Spule anders 
gerichtet sind. Wenn die Spule direkt über den Hallsensor halte, wird 
trotzdem kein Magnetfeld gemessen. Im Arbeitspunkt ergibt sich somit ein 
ungefähr linearer Verlauf (Graph ist vorgegeben).

Mein Problem besteht daher nur bei der Ermittlung der reinen Strecke und 
nicht von der Messeinrichtung

von Der Andere (Gast)


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David schrieb:
> da nur das Magnetfeld vom Magneten gemessen
> wird. Ich denke es liegt daran, dass die Feldlinien von der Spule anders
> gerichtet sind.

Es gibt keine unterschiedlichen und unterscheidbaren "Arten" von 
Magnetfeldern.

von David (Gast)


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Reinhard #. schrieb:

>
> Nun übertreib mal nicht.
> Du braucht einen einfachen PI-Regler mit kräftigem
> P-Anteil. Mit dem D-Anteil muss man ein wenig
> spielen und schon schwebt es.
>
> Wenn du eine Anleitung brauchst siehe hier:
>
> http://www.bis0uhr.de/
>   -> Science Content -> schwebende Kugel

Anleitungen gibt es genug im Netz, aber den Aufbau habe ich bereits und 
muss ihn auch so verwenden. Da ich es auch abgeben muss, wäre eine 
genaue Reglerauslegung hilfreich, ausprobieren ist da eigentlich nicht 
die richtige Vorgehensweise.

von David (Gast)


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Der Andere schrieb:
> David schrieb:
>> da nur das Magnetfeld vom Magneten gemessen
>> wird. Ich denke es liegt daran, dass die Feldlinien von der Spule anders
>> gerichtet sind.
>
> Es gibt keine unterschiedlichen und unterscheidbaren "Arten" von
> Magnetfeldern.

Ich habe es gerade noch einmal ausprobiert und wenn ich die Spule direkt 
über den Hallsensor halte ändert sich die gemessene Spannung um 1/100, 
was vernachlässigbar ist

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