Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik inverses Pendel Regelung


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von MiMa (Gast)


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Hallo liebes Forum,

mein Hobbyprojekt, eine Art inverses Pendel, ist nahezu fertig.
Die Regler (wobei nur einer für das eigentliche balancieren 
verantwortlich ist) habe ich durch langes probieren eingestellt. Das 
balancieren funktioniert auch mehr oder weniger zufriedenstellen 
(momentan erst eine Achse in Betrieb), allerdings ist das Störverhalten 
grottenschlecht..

Meine Überlegung war daher den Regler mit "professionelleren" Methoden 
auszulegen.

Methode 1: Mathematisches Modell -> scheitert leider, da sich im System 
mir unbekannte Motorregler befinden und ich somit die Strecke zwischen 
Motorreglereingang bis Motorausgang nicht kenne.

Methode 2: Sprungantwort und Ziegler-Nichols. Das Ergebnis sollte somit 
zumindest etwas besser werden. Mein Problem hierbei ist, dass ich keine 
Ahnung habe wie bei einem inversen Pendel die Sprungantwort aufgenommen 
werden muss. "Nach unten hängen lassen und 100% auf den Motor" 
funktioniert leider nicht, da es eine Art balancierender Stab ist.

Das Bild ist alt aber verdeutlicht mein Vorhaben :-)

Für gute Vorschläge wäre ich sehr dankbar. :-)

Grüsse,
MiMa

von Random .. (thorstendb) Benutzerseite


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Wir haben das damals mit FUZZY logic gemacht :-)

Beitrag #5475811 wurde vom Autor gelöscht.
von MiMa (Gast)


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Random .. schrieb:
> Wir haben das damals mit FUZZY logic gemacht :-)

Aber dann habe ich doch wieder diese "Probierwerte" oder? Es sind sehr 
hochwertige Komponenten verbaut und mein Bauchgefühl sagt mir, dass da 
noch sehr viel Verbesserungspotenzial in meinem Regler steckt :-)
Ich wage zu bezweifeln, dass mir ein erneutes "probieren" viel 
Verbesserung bringt


Dustin L. schrieb im Beitrag #5475811:
> Willst du das nicht-lineare System regeln oder nur um den Arbeitspunkt
> Phi = 180° herum, also das linerarisierte Modell?

Nunja, die Motorleistung genügt ca. um das Pendel bei +-4° um den oberen 
Totpunkt zu stabilisieren. Somit sollte ein linearisierter Regler 
genügen oder?
Wenn sich aber Vorteile durch ein nichtlineares Modell ergeben, dann 
immer her damit :-)

von Ralf L. (ladesystemtech)


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https://www.youtube.com/watch?v=6WWqo-Yr8lA&t=8s

Wenn man an den Motorachsen Schwungräder mit entsprechenden 
Massenträgheitsmomenten oder höhere Motordrehzahlen anwendet und das 
ganze um 90 Grad verdreht auf den Kopf stellt, könnte man evtl. die hier 
gezeigten Komponenten dafür verwenden?

von Lifehacker (Gast)


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Bei einem "Normalen" Regler nimmt man einen PD Regler mit D nur in der 
Rückführung. Sind also 2 Potis.
Da hat man schneller dran gedreht als modelliert.

von MiMa (Gast)


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Ralf L. schrieb:
> Youtube-Video "Another Arduino project - Your Arduino Balancing
> Robot (YABR) - Part 1"
>
> Wenn man an den Motorachsen Schwungräder mit entsprechenden
> Massenträgheitsmomenten oder höhere Motordrehzahlen anwendet und das
> ganze um 90 Grad verdreht auf den Kopf stellt, könnte man evtl. die hier
> gezeigten Komponenten dafür verwenden?

Ich habe ja schon einen funktionierenden und sehr hochwertigen Aufbau. 
Mir fehlt nur eine GUTE Regelung :-)

von MiMa (Gast)


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Lifehacker schrieb:
> Bei einem "Normalen" Regler nimmt man einen PD Regler mit D nur in
> der
> Rückführung. Sind also 2 Potis.
> Da hat man schneller dran gedreht als modelliert.

Die Regelung von diesem System lässt sich in keiner Weise mit der von 
einem Balance-Robot vergleichen. Und einen "Probier-Regler" habe ich ja 
bereits - allerdings mit sehr schlechter Reaktion auf Störungen von 
außen. Deshalb will ich ja einen besseren Regler

von Possetitjel (Gast)


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MiMa schrieb:

> Mein Problem hierbei ist, dass ich keine Ahnung habe
> wie bei einem inversen Pendel die Sprungantwort
> aufgenommen werden muss.

Nun ja, Du befestigst das inverse Pendel (in Betriebslage)
nicht an einem ortsfesten Punkt, sondern auf einem kleinen
Schlitten, der zwischen zwei Anschlägen definiert verschoben
werden kann.
Und dann verschiebst Du den Schlitten halt sprungartig.

von Ralf L. (ladesystemtech)


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Bei diesem Balancing Stick wird im Video noch ein Strom-Zeitdiagramm 
gezeigt. Man kann erahnen, dass es sich um einen PD-Regler handelt.

https://www.youtube.com/watch?v=woCdjbsjbPg

von MiMa (Gast)


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Possetitjel schrieb:
> Nun ja, Du befestigst das inverse Pendel (in Betriebslage)
> nicht an einem ortsfesten Punkt, sondern auf einem kleinen
> Schlitten, der zwischen zwei Anschlägen definiert verschoben
> werden kann.
> Und dann verschiebst Du den Schlitten halt sprungartig.

Es ist nur eine Art inverses Pendel. Hast du dir mein Bild angesehen? 
:-)


Ralf L. schrieb:
> Bei diesem Balancing Stick wird im Video noch ein Strom-Zeitdiagramm
> gezeigt. Man kann erahnen, dass es sich um einen PD-Regler handelt.

Dieses Video ist der Ursprung von meinem Projekt. Habe vor längerem mit 
den Entwicklern Kontakt aufgenommen und sie sagen selber, dass sie einen 
Zustandsregler verwenden und über 1 Jahr zum einstellen benötigt haben.

von Wolfgang (Gast)


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MiMa schrieb:
> Habe vor längerem mit
> den Entwicklern Kontakt aufgenommen und sie sagen selber, dass sie einen
> Zustandsregler verwenden und über 1 Jahr zum einstellen benötigt haben.

Also doch probieren mit Suchstrategie:
Bau einen Möglichkeit ein, um den Regler definiert zu stören, lass deine 
Mimik die Regelgüte messen und dann lass sie an den Parameter drehen. 
Algorithmen für nichtlineare Optimierung wurden doch schon erfunden.

Wenn das alles automatisiert abläuft, braucht man bestimmt kein Jahr 
dafür.

von MiMa (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Also doch probieren mit Suchstrategie:
> Bau einen Möglichkeit ein, um den Regler definiert zu stören, lass deine
> Mimik die Regelgüte messen und dann lass sie an den Parameter drehen.
> Algorithmen für nichtlineare Optimierung wurden doch schon erfunden.
>
> Wenn das alles automatisiert abläuft, braucht man bestimmt kein Jahr
> dafür.

Interessanter Ansatz. Die Umsetzung wäre auch nicht allzu schwierig - 
wenn auch aufwendig.

Meine Angst hierbei ist allerdings, dass es mehrere 
Parameterkombinationen gibt welche stabil sind, aber keine "durchgehende 
Verbindung" dazwischen. Somit würde ich nie die optimale Stelle finden.

Kommt das Ergebnis allerdings überhaupt in die Nähe von einem 
berechneten Regler?

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