Thema: Beobachter für das Mindstorms-Zweiradfahrzeug

(Markus Nehring)
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Stefan Hillenbrand
Vorkenntnisse: Vorlesung und Labor Moderne Regelungsverfahren
Für Semester: 6
Anzahl Studierende: 1-2
Abgeschlossen im Jahr: 2014
Beschreibung:
Aus dem Labor Moderne Regelungsverfahren ist das Mindstorms-Zweiradfahrzeug bekannt:


Eine wichtige Voraussetzung für die Regelung ist das Schätzen des Zustands, also Aufbauwinkel und -winkelschwindigkeit sowie Radwinkel und -geschwindigkeit. Im Laborversuch wurde dies bisher auf sehr einfache Weise gelöst.

Aufgabe der Projektarbeit ist es, einen Beobachter zu entwickeln, der den Zustand anhand der Messgrößen Nickrate und Radwinkel schätzt. Wie der Reglerentwurf im Laborversuch, soll auch der Beobachterentwurf soll zunächst in der Simulation erfolgen und dann mit Hilfe automatischer Codeerzeugung aus Simulink am Zweiradfahrzeug getestet werden:

Aufgaben umfassen:
  • Einarbeitung
    • Wiederholung Zustandsregelung und Beobachter
    • Wiederholung Laborversuch
    • Einarbeitung Beobachterentwurf
      • Polvorgabe
      • stationäres Kalman-Filter (entspricht dem Riccati-Regler)
  • Untersuchung der Beobachtbarkeit des Systems mit der MATLAB-Toolbox
  • Entwurf verschiedener Beobachter in der Simulation
  • Umsetzen der Beobachter auf dem Zweiradfahrzeug
  • Test mit verschiedenen Abtastraten
  • Gründliche Dokumentation: das Ergebnis der Arbeit wird in den Laborversuch eingehen!
WICHTIG: Ohne die Kenntnisse aus  Vorlesung und Labor Moderne Regelungsverfahren (Mechatronik, SPO 1) ist es nicht möglich, das Thema zu bearbeiten:

1.    In der Vorlesung wird das für die Projektarbeit notwendige Wissen über die Systembeschreibung und Regelung im Zustandsraum (Systembeschreibung mit Matrizendifferentialgleichungen statt mit Laplace-Transformation/Übertragungsfunktionen) behandelt. Die Vermittlung dieser Grundlagen erfordert eine ganze Vorlesung und kann nicht im (auch zeitlichen) Rahmen einer Projektarbeit einfach nachgeholt werden.
2.    Im Labor Moderne Regelungsverfahren wird die Modellbildung, Regelung und Programmierung (Automatische Codeerzeugung aus Simulink) des „Segways“ behandelt. Ohne diese Kenntnisse kann der Beobachter nicht entwickelt werden.