Inverses Pendel - Technische Universität München

Praktikumsversuch Inverses PendelNachdemSiedurchdievorangegangeneRegelkreis-SimulationdesIPunddieÜberprüfungder verschiedenen Antworten, die wir von den Systemausgängen erhalten haben (d.h.Wagenposition und Pendelwinkel), einen ersten Einblick bekommen haben, können wirnun den gefundenen Regler in Echtzeit implementieren und seinen Einfluss auf das inversePendel untersuchen. Um das zu erreichen, befolgen Sie bitte die folgenden Schritte:Öffnen Sie die Simulink-Datei d sip SF ip02.mdl. Sie sollten ein Diagramm ähnlich demin Abbildung 6 vorfinden. Vervollständigen Sie das Blockdiagramm analog zu den Aufgaben2, 4 und 5. Das Modell hat zwei parallele und unabhängige Regelschleifen: Dieerste durchläuft unter Verwendung des linearisierten Modells eine reine Simulation desgeregelten IP-Systems. Der andere Regelkreis kommuniziert direkt mit der Hardware undsteuert den Wagen mit dem inversen Pendel. Öffnen Sie beide Subsysteme, um sich mitdem Diagramm vertraut zu machen und einen besseren Eindruck der Blöcke sowie derI/O-Verbindungen zu bekommen. Überprüfen Sie, ob die Führungsgröße der Wagenpositionein Rechtecksignal der Amplitude 20mm und der Frequenz 0.2Hz ist. Zuletzt sollteIhre Abtastzeit auf 1ms gesetzt werden, d.h T s = 10 −3 s.Um später zwischen zwei verschiedenen Reglerparametrierungen schalten zu können undso einen direkten Vergleich der Eigenschaften zu ermöglichen, passen Sie bitte Ihr m-Fileaus Aufgabe 1 entsprechend an. Stellen Sie sicher, dass Ihr Zustandsrückführungsregler 1,bestehend aus R1 und F1, die Systemspezifikationen erfüllt. Reglerparametrierung 2, bestehendaus R2 und F2, soll dagegen weiter rechts gelegene Pole besitzen. Geben Siehierfür jeweils passende Eigenwerte des geschlossenen Regelkreises vor und führen danndas überarbeitete m-File aus.Sie können jetzt den Echtzeit-Code Ihres Diagramms erstellen. Benutzen Sie hierfür dieBuild-Funktion wahlweise über die Simulink-Menüleiste oder mit Hilfe von Strg+B.Nachdem Sie das Diagramm erfolgreich kompiliert haben, befindet sich in Ihrem Ordnereine sdf-Datei. Diese enthält den maschinenlesbaren C-Code, der mit Hilfe von dSpaceControlDesk auf die dSpace-Karte geladen werden kann. Starten Sie dazu ControlDeskund öffnen die entsprechende Experiment-Umgebung via File/Open Experiment. LadenSie anschließend den Echtzeit-Code auf die Reglerkarte, indem Sie in der Menüleiste Platform/Application/LoadApplication auswählen. Sofern Sie sich im Edit Mode befinden,vergewissern Sie sich, dass alle Instrumente mit den gewünschten Simulink-Variablen verknüpftsind. Schieben Sie den Wagen in die Mitte der Strecke und stellen Sie sicher, dasser sich in beide Richtungen frei bewegen kann, bevor Sie in den Animation Mode wechselnund mit der Ansteuerung beginnen. Achten Sie zusätzlich darauf, dass das Pendel überder gesamten Wegstrecke, auf der sich der Wagen bewegen kann, frei rotieren kann (d.h.nicht nur in der Mitte). Befolgen Sie den Startablauf wie nachstehend beschrieben, bevorSie den Regler aktivieren.Startablauf des inversen Pendels: Es ist wichtig zu erwähnen, dass der Encoderdie Startposition zu Null annimmt, wenn der Echtzeit-Code gestartet wird. In unseremlinearisiertenModellhattenwiralsNull-Grad-PositiondesPendelseineabsolutsenkrechtePosition nach oben zeigend angenommen. Die perfekte Startposition findet man, indemman das Pendel vor dem Wagen nach unten hängen lässt und wartet, bis es zur Ruhekommt. Dann kann der Echtzeit-Code gestartet werden, wodurch der exakte Wert ±π14