Meßstand Sprungantwort Prototyp [Archiv]

Searcher

17.07.2023, 16:20

Hallo,

bisher bin ich bei der zielgerichteten Programmierung einer Regelung der Motore meiner differenziell gesteuerten Dreiräder nicht so recht vorangekommen. Trial and error ergaben in meinen Augen aber auch schon ganz gute Ergebnisse. Nun möchte ich versuchen durch Aufnahme einer Sprungantwort nach dem Artikel im RN-Wissen (https://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Regelungstechnik#Einfaches_Modell_ mit_PT1-Glied) eine bessere Grundlage zur Erstellung der Reglung schaffen.

Dazu habe ich den Prototyp eines Meßstandes geschaffen, die ein ganzes System aufnehmen kann. Also komplettes Dreirad mit Motor, Getriebe, Rad einschliesslich Bodenkontakt. Die verwendeten maßgeblichen Teile stammen aus einem alten Drucker, der auch eine schöne Encoderscheibe (leider mit einigen Tintenschlieren, die anscheinend nicht stören) mit Sensor hatte. Der Meßstand erspart das Aufzeichnen der Meßdaten während einer Meßfahrt, die durch den ungeregelten differentiellen Antrieb sowieso meist unbrauchbar war. Die Meßdaten (Ticks pro Zeiteinheit) werden direkt per RS232 an einen PC zur späteren Auswertung übertragen. Auf dem Prüfling soll ein Testprogramm laufen, das nur ein Rad antreibt und die, zur Aufnahme der Sprungantwort nötige Steuerung enthält.

https://youtu.be/enPDGTvhYSE

Zwei Dinge, die mir noch nicht ganz klar sind:

1. Da das Dreirad sich nicht selbst fortbewegt sondern die Rolle, auf der das angetriebene Rad steht, ist das ja nur eine nachgebildete Realität. Führt diese Vorgehensweise zu gültigen Ergebnissen?

2.1 Zur Simulation der Fortbewegung muß die Rolle dem Antriebsrad einen gewissen Widerstand entgegenbringen. Das Video zeigt ein Dreirad (mit übel eingestellter Regelung), mit einem Gewicht von 213 Gramm. Wie hoch muß der Widerstand sein und muß der Widerstand während der Sprungantwortmessung gleich bleiben?

2.2 Wie realisiert man den Widerstand mit ähnlich einfachen Mitteln aus dem der gezeigte Aufbau besteht? Gummis über die Rollenachse spannen und die Drehung hemmen.:-k

Gruß
Searcher

oberallgeier

18.07.2023, 11:19

.. Trial and error ergaben in meinen Augen aber auch schon ganz gute Ergebnisse ..Das hatte ich anfangs auch festgestellt. Aber manchmal neige ich dazu ein bisschen den Stand der Technik einigermassen einzuhalten/selbst anzuwenden.

.. Der Meßstand erspart das Aufzeichnen der Meßdaten während einer Meßfahrt, die durch den ungeregelten differentiellen Antrieb sowieso meist unbrauchbar war ..Wieso unbrauchbar? Ich h atte bei meinen Messfahrten des kompletten Aufbaus anfangs wirre Diagramme erhalten. Später brachten die daraus abgeleiteten Softwareanpassungen deutliche Besserung. Regelungstechnisch macht am meisten Sinn das komplette/originale Fahrzeug zu vermessen. Denn g enaugenommen stimmten die abgeleiteten Parameter nur für das vermessene Objekt. Denk mal an die Abhängigkeit Beschleunigung und Objektmasse+Antriebe.

.. ein Testprogramm laufen, das nur ein Rad antreibt und die, zur Aufnahme der Sprungantwort nötige Steuerung enthält ..Klar, EIN Motor treibt nur EIN Rad an. Aber das Rad dreht sich eben nur im Zusammenhang mit der auf ihm lastenden (trägen) Masse. Soweit die strenge Theorie. Meine richtig guten Messungen brachten eben den Geschwindigkeitsverlauf nach einem Sprung der Antriebsspannung (https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01?p=399099&viewfull=1#post399099) (Video und Bild) für den Motor - ohne jegliche Regelung. Einfach Strom an und messen; also auch nix PWM. Dass ich den im Controller aufzeichneten Weg in zeitlich konstanten Abschnitten abspeicherte und später "in Ruhe" ausgelesen hatte war dann nur eine Möglichkeit. Beispielsweise ginge unter anderem ja auch ein hochflexibles Datenkabel (im Schlepp oder so). Bei meiner Messung kam z.B. das (https://dl.dropboxusercontent.com/s/zgxxsz85h7t0g5o/sprungfkt_MD0_020509.gif?dl=0) raus. Siehe auch diesen Beitra (https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01?p=404730&viewfull=1#post404730)g.

.. Da das Dreirad sich nicht selbst fortbewegt sondern die Rolle, auf der das angetriebene Rad steht, ist das ja nur eine nachgebildete Realität. Führt diese Vorgehensweise zu gültigen Ergebnissen ..Na ja - ich meine, s.o., nicht wirklich.

.. Zur Simulation der Fortbewegung muß die Rolle dem Antriebsrad einen gewissen Widerstand entgegenbringen. Das Video zeigt ein Dreirad (mit übel eingestellter Regelung), mit einem Gewicht von 213 Gramm. Wie hoch muß der Widerstand sein und muß der Widerstand während der Sprungantwortmessung gleich bleiben ..Der Trägheitswiderstand ist so ne Sache. Dessen Kraft ist ja von der jeweils aktuellen Beschleunigung abhängig - die g emessen werden soll. Der Rollwiderstand dürfte gleich bleiben. Vermutlich. Der Luftwiderstand ist spätestens unter 50 km/h (ca 15 m/s) in diesem Fall vernachlässigbar. Bestimmt. Was NICHT gleich bleibt ist die Vortriebskraft. Der (gebürstete?) ELEKTRO-Motor zieht im Stillstand maximalen Strom, bringt da also das maximale Drehmoment. Das Drehmoment, damit die Vortriebskraft, nimmt gegen maximaler Drehzahl ab.

.. Wie realisiert man den Widerstand mit ähnlich einfachen Mitteln aus dem der gezeigte Aufbau besteht? ..Einfach durch Messung des originalen Gefährts mit der originalen Energiestation *ggg*

Ich habe ein bisschen Hintergrund+Erfahrungen über Aerodynamik. Da wird seit langem viel simuliert. Aber fast immer wird "geeicht" - wird durch Messungen an einfachen Elementen Messgüte und Grenzen vertrauenswürdiger Bereiche ermittelt. Und dies fast immer nur für ein bestimmtes "Messgerät" (Windkanal, Vergleichsflüge . . .).

Searcher

18.07.2023, 15:01

Hallo oberallgeier,
danke für Deine Gedanken zur echten Fortbewegung gegenüber dem Fahren auf der Rolle.

Wieso unbrauchbar?
Durch nicht ganz gleiche Antriebsleistung der kleinen DC-Motore gab es keine gradlinige Fahrlinie. Die Meßwerte waren oft unplausibel. Wenn die Bodenhaftung eines Rades mal nicht ausreichte, gab es eine Kreiselbewegung. Ich hatte viele viele Versuche bei denen ich dann immer wieder das Vehikel aufnehmen mußte, Daten zum PC auswerten und später die Regelung anpassen war genauso umständlich. Ich hoffe, daß durch den Meßstand sich die Versuche vereinfachen lassen.

Der Trägheitswiderstand ist so ne Sache. Dessen Kraft ...

Beim Stichwort Trägheitswiderstand hat es bei mir Klick gemacht. Nachdem ich an der Welle am Meßstand ein Bremsklotz ausprobiert hatte und das Ergebnis überhaupt nicht mit meinen Erwartungen überein stimmte, hab ich aufgrund dessen da jetzt mal eine Schwungscheibe an die Welle geschraubt. (Schwungrad aus einem alten Radio, das den Skalenzeiger selbständig über die Skala wandern ließ). Und siehe da, da wurde sogar die schaukelnde Drehgeschwindigkeit aus dem Video gezähmt.

Da nur ein Rad die Welle antreibt, denke ich, sollte das Trägheitsmoment der Schwungscheibe ungefähr die Hälfte der Gewichtskraft des Vehikels (Vehikel wiegt 213 Gramm), also etwa 1Nm sein!?

Jetzt geht es noch darum, das Trägheitsmoment der Schwungscheibe zu bestimmen, bzw ein Schwungrad mit bestimmtem Moment herzustellen? Vorschläge? Formeln zur Bestimmung des Moments fand ich im Netz, Die einfachen anzuwendenden gehen von einer gleichmäßigen Massenverteilung einer runden Scheibe aus.

Vielleicht läßt sich das Moment einer Schwungscheibe auch irgendwie ohne großen Aufwand messen?

Von der Einbeziehung des Windwiderstandes möchte ich erst mal Abstand nehmen. ;) Als Radfahrer macht mir der zwar sehr zu schaffen (da hätte ich auch selbst auf Trägheitsmoment und Rollwiderstand kommen müssen), aber hier wird mir zunächst die Enbeziehung zu unübersichtlich. Da könnte man beim Tuning in den echten Fahrversuchen nochmal drauf zurückkommen.

Mal sehn, wie lange ich noch Lust zu diesen Versuchen habe und vielleicht doch wieder zu Aufnahme der Messungen bei echter Fahrt zurückkehre.

Gruß
Searcher

oberallgeier

18.07.2023, 16:58

Grüß Dich Searcher, in einem Thread schreibst Du
.. meine dreirädrigen gleichstromgetriebenen Fahrzeuge .. aber nun .. immer mehr Verbesserungsmöglichkeiten sehe .... und hier ..

.. Meßwerte waren oft unplausibel. Wenn die Bodenhaftung eines Rades mal nicht ausreichte, gab es eine Kreiselbewegung ..Schlechte Bodenhaftung bei nem Dreiräder? Dann wird die Regelung der Antriebsräder nicht viel helfen. Nix helfen. Kann nicht helfen. Und wird auch schwierig. Denk mal an schneeglatte Strassen im Winter (ich liebe Schneeglätte beim Autofahren - aber das ist a) nicht mehr Fahren mit nem Auto - das wird dabei zum Snowmobil und macht riesig Spass und b) ists ne andere Chose). Ich hatte Durchrutschen ähnlich wie Du beschreibst bei (m)einem Vieräder (https://www.roboternetz.de/community/threads/40453-WALL-R-l%C3%A4uft-%28autonomes-Fahrzeug%29?p=385717&viewfull=1#post385717) mit hinterer Antriebs-Starrachse und Lenkung durch Vorderachse. Exakte Abstimmung der Räder half für glatte Böden einigermassen. ZUSÄTZlich musste ich aber auch die Bodenhaftung der Räder verbessern. Dann wurde ein Schuh draus. Vielleicht siehst Du Dich mal um nach besserer Bodenhaftung? Siehe vielleicht hier, Mitte des Posts (https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01?p=382774&viewfull=1#post382774) ab "..s..harte Kunststoffmischung ohne Grip.." *gg*.

.. und vielleicht doch wieder zu Aufnahme der Messungen bei echter Fahrt zurückkehre ..Also wenn Du bei nem Dreiräder zufälligen Verlust der Bodenhaftung an einem zufälligen Rad befürchten musst - wie willst Du dann gerade aus fahren? Vermutlich braucht man dann Kompass, evtl GPS, wohl auch nen Beschleunigungsaufnehmer (am Chassis befestigt) . . .

Und mal gaaanz leise: die Testumgebung beim Aufnehmen der Sprungantwort des Gefährtes ist auch von erheblicher Bedeutung. Wenn man dann die Regelung fertig hat, kanns wieder auf Unebenheiten gehen . . .

Searcher

19.07.2023, 08:59

die Testumgebung beim Aufnehmen der Sprungantwort des Gefährtes ist auch von erheblicher Bedeutung.
Mal sehn was draus wird. Bei meinem bisherigen Vorgehen zur Sprungantwortaufnahme ohne befriedigende Ergebnisse sehe ich noch viele weitere Versuche voraus.:roll: So ein Meßstand soll mir mindestens die Meßwertaufnahme und weiteres Handling vereinfachen.

Ist an sich ein eigenes Projekt und entwickelt sich zu mehr als am Anfang gedacht und ich akzeptiere, wenn es ein Mißerfolg in Richtung Sprungantwort wird.

Heute Nacht hatte ich eine Idee zur Trägheitsmomentbestimmung der Rolle mit dem Schwungrad durch die Fallgeschwindigkeit. Ein bestimmtes Gewicht wird an einen dünnen Faden (zB Zwirnsfaden) befestigt. Der Faden wird auf die Rolle mit einem bestimmtem Wickeldurchmesser aufgewickel und der Weg für den Fall des Gewichtes nach unten frei gemacht. Den Aufbau hatte ich mit einer Umlenrolle schon mal irgendwo gesehen. Kann mich aber nicht mehr an den Zusammenhang erinnern.

Die Zeit, die es braucht um eine bestimmte Strecke zu durchfallen wird mit Lichtschranken gemessen. Dann sollte sich das Trägheitsmoment ausrechnen lassen.

Bitte um Benachrichtigung, falls da gravierende Denkfehler vorhanden sind.:confused:

Sonst geht es erstmal um den Aufbau ...

Gruß
Searcher

oberallgeier

19.07.2023, 10:25

.. Heute Nacht hatte ich eine Idee ..Es lebe die Idee der Nacht (mein ich nu wirklich!)

.. Trägheitsmomentbestimmung der Rolle mit dem Schwungrad durch die Fallgeschwindigkeit .. Die Zeit, die es braucht um eine bestimmte Strecke zu durchfallen wird mit Lichtschranken gemessen. Dann sollte sich das Trägheitsmoment ausrechnen lassen ..Du bekommst mit zwei Messpunkten - Anfang und Ende - den Zeitbedarf für die gesamte Strecke (genauer : Drehwinkel). Der Witz bei der hier gewünschten Sprungantwort ist aber der Verlauf des Vehikelweges über die Zeit. Und dessen Ableitung (Kurvensteigung) ist dann die Geschwindigkeit, deren Ableitung (Kurvensteigung) ist dann die Beschleunigung . . . Und aus dem Kurvenverlauf (Weg x über t) kann man dann auf die Regelparameter schließen (wie hier beschrieben (https://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Regelungstechnik#Dimensionierung_n ach_Einstellregeln)) oder sonstwie pysiktheoretische Spielchen machen. Dass wir hier (bei Deinem Vorgehen) einmal Rotation haben und beim Vortrieb des Vehikels Translation lassen wir erstmal ausser Acht. Ist aber vom Rechenweg her (leicht *gg*) unterschiedlich.

.. Trägheitsmomentbestimmung der Rolle mit dem Schwungrad durch die Fallgeschwindigkeit ..Stimmt. Voraussetzung: gleichförmige Bewegung (genauer : Rotationsbeschleunigung).

Na ja, lassen wir die Diskussion der Theorie beiseite: Du misst die Trägheit des Schwungrades (bei Drehbewegung - Rotation) statt der Trägheit des Fahrzeugs (bei geradliniger Bewegung - Translation). Genaugenommen nicht nur die Trägheit des Schwungrades sondern (je nach Messaufbau) die Rotationsträgheit aller drehenden Teile: Motor(en), Räder, Schwungrad . . .

Ich bin eben ein fauler Hund und messe lieber einen einfachen Aufbau (wie bereits beschrieben) und nutze bekannte Auswertungswege.

Nichtsdestotrotz: ein schicker Aufbau !

Searcher

19.07.2023, 11:30

Es lebe die Idee der Nacht (mein ich nu wirklich!)
:)

Dass wir hier (bei Deinem Vorgehen) einmal Rotation haben und beim Vortrieb des Vehikels Translation lassen wir erstmal ausser Acht. Ist aber vom Rechenweg her (leicht *gg*) unterschiedlich.
Ja, war meine 1. Sorge, daß deshalb das Vorhaben zum Bau des Meßstandes sinnlos ist. Nichtsdestotrotz bin ich jetzt schon soweit, daß ich mal sehen möchte, was dabei herauskommt und könnte das Ergebnis dann mit einer realistischen Messung (Messung beim translatorischen Vortrieb des Vehikels) vergleichen.

Du misst die Trägheit des Schwungrades (bei Drehbewegung - Rotation) statt der Trägheit des Fahrzeugs (bei geradliniger Bewegung - Translation). Genaugenommen nicht nur die Trägheit des Schwungrades sondern (je nach Messaufbau) die Rotationsträgheit aller drehenden Teile: Motor(en), Räder, Schwungrad . . .

Nur nochmal kurz das letzte und anstehende Teilziel zusammengefaßt um mich nicht zu verlieren: Hier (https://www.roboternetz.de/community/threads/78316-Me%C3%9Fstand-Sprungantwort-Prototyp?p=669098&viewfull=1#post669098) geht es mir als Teilschritt jetzt erstmal um die Bestimmung des Trägheitsmoments der Rolle eventuell mit zusätzlich angebrachtem Schwungrad wie sie im Video zu sehen ist. Nachdem die Meßmethode steht soll damit experimentell durch Veränderung der Schwungmasse ein bestimmtes Trägheitsmoment hergestellt werden.

... bin ich jetzt schon soweit, daß ich mal sehen möchte, was dabei herauskommt...
Fernziel ist die Nachbildung des Trägheitsmoments des Vehikels. Das soll ein Element sein um die Aufnahme der Sprungantwort "im Stand" des Vehikels wie im Video gezeigt möglich zu machen.

Ich bin eben ein fauler Hund und messe...
Ich eigentlich auch, stecke aber überproportional Aufwand in "Arbeitserleichterungen"

Nichtsdestotrotz: ein schicker Aufbau !
Es geht noch besser ;):):D

Gruß
Searcher

PS Lichtschranken sind eigentlich nicht notwendig; Fallzeit wird aus Geschwindigkeit 0m/s heraus gestartet und Gewicht fällt auf Stoptaster. Startsignal kann der Encoder abgeben (der natürlich doch Lichtschranken enthält :-( mmmhhh ) Das Ding gibt 3600 Impulse pro Umdrehung ab. Die Ungenauigkeit der Auflösung nehm ich in Kauf.:cool:

Searcher

20.07.2023, 09:12

Hab jetzt die Apparatur zur Bestimmung des Trägheitsmoments montiert.

https://youtu.be/yw6xl64_5ho

Im Video wird zunächst das Gewicht auf die Fallhöhe gebracht. (Das sich auf der Welle befindliche Schwungrad aus einem alten Radio wird als Kurbel mißbraucht.
Dann die Messung scharf geschaltet.
Danach die Bremse gelöst und der Encoder gibt den "Startschuß" für die Zeitmessung.
Gewicht fällt und betätigt Stoptaste für Zeitmessung.
Das Ergebnis wird per RS232 an PC übertragen.

Gewicht wiegt 53 Gramm
Wickeldurchmesser des Fadens an dem das Gewicht hängt: 45,6mm
Fallhöhe des Gewichts: 675mm
Gemessene Fallzeit bei mehreren hastigen Messungen: 1071 Millisekunden +- 20ms

Wie hoch ist das gesamte Trägheitsmoment der drehenden Teile:confused:
Rechenweg wäre toll :pray: Ich versuche das natürlich auch auszurechnen; muß aber erst recherchieren :(

Fehlen noch Angaben?

Wie immer ist es mir bei meinen Konstruktionen nicht geheuer. Gerne Verbesserungsvorschläge abgeben.

Gruß
Searcher

oberallgeier

20.07.2023, 10:22

Hei - sieht gut aus. Ich liebe diese Versuchsaufbauten a la Pharaonenzeit. Mach ich mitunter selber = praktisch, schnell und meist recht genau. Auch wenn man mich dann oft belächelt.
.. Wie hoch ist das gesamte Trägheitsmoment .. Rechenweg .. versuche das natürlich auch auszurechnen ..Solche Arbeiten berechne ich üblicherweise mit je angebrochenem Halbtag ;.-.). Den knappen Tausender wolln wa mal sparen. Versuchs mal hier (https://de.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%A4gheitsmoment) und hier (https://www.youtube.com/watch?v=xApzVT1qrzM).

Searcher

21.07.2023, 13:51

Versuchs mal hier (https://de.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%A4gheitsmoment) und hier (https://www.youtube.com/watch?v=xApzVT1qrzM).
Wiki Link ist bekannt aber der zweite zu einem "Think Logic" Video ist super. In einem seiner anderen Videos (https://www.youtube.com/watch?v=c2fi7-jqEt0) fand ich alle mir fehlende Formeln und Beziehunden, die ich zunächst für die Bestimmung des Trägheitsmoments des "Meßplatzes" brauchte. Hoffentlich bin ich damit nicht total auf dem Holzweg gelandet.

Hier mal mein Rechenweg zur Bestimmung des Trägheitsmoments der drehenden Teile der Apparatur. Gegeben ist der Aufbau aus dem Video (https://www.roboternetz.de/community/threads/78316-Me%C3%9Fstand-Sprungantwort-Prototyp?p=669110&viewfull=1#post669110) mit:

Gewicht des Senklots: 53g
Fallhöhe des Senkots: 0,675m
Fallzeit des Senklots: 1,071s
Durchmesser der Rolle auf dem der Faden am Senklot aufgewickelt ist: 0,0456m (r=0,0228m)

Formeln aus dem Think Logic Video:
Das gesuchte Trägheitsmoment
I = m * r^2
mit
I = Trägheitsmoment rotatorische Bewegung
m = Masse
r = Radius

F = m * a
mit
F = Kraft
m = Masse
a = Beschleunigung

M = I * alpha
mit
M = drehmoment
I = Trägheitsmoment
alpha = Winkelbeschleunigung

Beziehung Winkelbeschleunigung, Radius und Tangentialbeschleunigung
alpha * r = a (a ist die Tangentialbeschleunigung!)

Sonstige Formeln:
zurückgelegte Strecke bei Gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit Startgeschwindigkeit 0 m/s und zurückgelegter Strecke von 0m in der Zeit t
s = (1/2)*a*t²
mit
s = Strecke
a = Beschleunigung
t = Zeitdauer

Drehmoment wenn Kraft tangential zur Drehachse wirkt.
M =F * r

Zunächst das Drehmoment, das auf die Welle von dem Lot ausgeübt wird.
Das Lot mit 53g setzt mit einer Kraft F durch die Erdbeschleunigung am Radius der Rolle an.
F = 0,053kg * 9,81m/s²=0,51993N

Die Kraft setzt tangential zur Drehachse an und erzeugt ein Drehmoment
M = 0,51993N * 0,0228m = 0,011854404Nm

Zu M = I * alpha bzw I = M/alpha fehlt noch alpha
alpha = a / r
Als Beschleunigung a wird jetzt die Beschleunigung des Senklots hergenommen, die sich mit dem Weg-Zeit-Gesetz aus a = s * 2 / t² errechnet
a = 0,675m * 2 / (1,071s)² = 1,176941365m/s²
alpha = 1,176941365m/s² / 0,0228m = 51.62023531[1/s²]

I = 0,011854404Nm / 51.62023531[1/s²] = 0,0002296464541kg*m² oder auch

I = 2296,464541 g cm²
Das soll also das Trägheitsmoment sein!?

In der Berechnung können durchaus Rechenfehler, Schreibfehler und schlimmer noch, Denfehler enthalten sein. Vielleich findet ja jemand solche?

Gruß
Searcher

oberallgeier

21.07.2023, 17:18

.. Hier mal mein Rechenweg zur Bestimmung des Trägheitsmoments der drehenden Teile der Apparatur ..Das ist also die Apparatur, die für den eigentlichen Messvorgang von Deinen Fahrzeugen angetrieben wird ? !

.. zurückgelegte Strecke bei gleichförmiger Beschleunigung mit Startgeschwindigkeit 0 m/s in der Zeit t ..Hmm, bei gleichförmiger Beschleunigung?

Sorry, da klink ich mich aus. Für mich ist das zu kompliziert und verlangt recht hohen Aufwand.

Wie schon angedeutet hatte ich die Sprungantwort der Fahrdose anhand von deren Zeit-Weg-Verlauf beim ungeregelten Beschleunigen aus dem Stand mit "Vollgas" auf Maximalfahrt festgehalten; siehe obige Antworten und vorhergehende Beiträge. Deine Methode ist vermutlich möglich, scheint mir recht kompliziert und misst ja nicht wirklich die Fahrleistung des eigentlichen Gefährts. Abgesehen davon, dass bei dieser Methode etliche Einflüsse (anders als beim Nur-Fahrzeug und dessen internem Controller) zu berücksichtigen sind, die bei Dir nicht auftauchen oder teils nur vermutet werden wie z.B. ".. gleichförmige Beschleunigung ..".

Nochmal kurz: in meinem Postin (https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01/page20?p=427784&viewfull=1#post427784)g hier im RN hatte ich über meine Arbeiten zur Regelung der Antriebsmotoren (DC, gebürstet, mit Getriebe und Encoder) berichtet und z.B. dieses Diagram (https://dl.dropboxusercontent.com/s/0h59inoz6tga3zt/sprungantwort-07Okt09-09h10.jpg?dl=0)m präsentiert. Gemessen wurde dabei in Abständen von je 1/2 ms.

Vom Zeitpunkt "Strom-auf-Motoren-schalten" bis "Ende Beschleunigungsphase" (ca. 95 % vmax ?) dauerte es runde 20 ms, siehe Diagramm oben und auch hier in der Auswertung (Wendetangente eingezeichnet (https://dl.dropboxusercontent.com/s/zgxxsz85h7t0g5o/sprungfkt_MD0_020509.gif?dl=0)). Anhand der so ermittelten (geschätzen) Wendetangente hatte ich die Regelparameter nach den bereits erwähnten Auslegungsregeln hier im RNWissen ermittelt. Die Dellen in der Sprungantwort rühren wohl vom Schwenken des gesamten Aufbaus beim Anfahrtstoß.

Dir wünsch ich jedenfalls viel Erfolg mit Deinen schicken Fahrzeugen.

Searcher

21.07.2023, 17:50

Das ist also die Apparatur, die für den eigentlichen Messvorgang von Deinen Fahrzeugen angetrieben wird ? !
Das ist der Plan.

Hmm, bei gleichförmiger Beschleunigung?
Danke, das sollte "Gleichmäßig beschleunigte Bewegung" heißen. Das ist das Weg-Zeit-Gesetz aus https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichm%C3%A4%C3%9Fig_beschleunigte_Bewegung .

https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8afd7371de41829aaa089c3d333c75bbaa759fcc

Da zu Beginn des Falles des Lots v0 und s0 = 0 sind, hab ich die oben weggelassen. Werde gleich noch oben die "gleichförmige Beschleunigung" umbenennen.

Grund der Verwendung: Das Lot wird durch die Erdbeschleunigung gleichmäßig beschleunigt aber durch das Trägheitsmoment verlangsamt. Mit der zurückgelegten Strecke des Lots (0,675m) und der Zeit (1,071s) läßt sich die tatsächliche Beschleunigung ausrechnen und damit später auf das Trägheitsmoment schließen.

Kann Denkfehler enthalten, da Neuland für mich ...

Dir wünsch ich jedenfalls viel Erfolg mit Deinen schicken Fahrzeugen.
Danke!

Gruß
Searcher

oberallgeier

22.07.2023, 09:55

.. bei gleichförmiger Beschleunigung? ..
.. hab ich die oben weggelassen .. Neuland für mich ..Ein Fehler der eher häufig gemacht wird (die Technikgeschichte hat ganze Zeitabschnitten die durch diese Kombination behindert wurden).
Sorry - passiert mir auch, daher soll hier bitte kein Oberlehrer rauszuhören sein - eher Leidensgenosse. Ich will Dich auch nicht von Deinem Weg abbringen, nur noch kurz begründen, warum ich mich ausblende.

Da rechne ich mal. Die Fallzeit des Gewichts ist rund ne Sekunde. Die von mir gemessene Beschleunigung (einer völlig anderen, aber grob betrachtet ähnlichen, zu untersuchenden Vorrichtung) dauerte 20 ms. Maximal. Das wäre, sehr stark vereinfacht, ein fünfzigstel Deiner Messtrecke von 600 mm. Dir bleiben also zwölf Millimeter, wohl etwas mehr, um Deinen Antrieb auf die gesuchten Werte zu analysieren. Ich vermute aber, dass das schon schöngerechnet ist. Meine Bedenken kommen jetzt, weil die Fallbewegung Deiner Messeinrichtung eine beschleunigte Phase hat, welche durch die Reibung aller bewegten Teile (Reibung - nicht Trägheit!!) beeinflusst wird und die Bewegung aus einer gleichförmig beschleunigten in eine geschwindigkeits-konstante über geht. Irgendwann, irgendwo. Einflüsse ausser Trägheitsmoment und Reibung - auch extrem unwichtige, vernachlässigbare sind: Luftwiderstand, Formänderungsarbeit beim ABWICKELN des Fadens, Veränderung der Erdbeschleunigung über die Höhe (*gg* - ja, hatte ich mal bei einer meiner Aufgaben berücksichtigen müssen) usw usf.

Trotzdem werde ich Deine Arbeiten verfolgen (und mich möglicherweise über meine Vorsicht ärgern müssen).

Searcher

22.07.2023, 13:30

... kein Oberlehrer rauszuhören sein ...
Kein Problem. Ich drücke mich manchmal zuweilen falsch, etwas ungenau und auch flapsig aus. Wenn das zu Mißverständnissen führt, bin ich froh, darauf hingewiesen zu werden. Ich hab viel Spaß bei den Versuchen, die aber verständlich sein sollen, wenn ich sie hier beschreibe und natürlich für die Leser, die eventuell was beitragen können.

... Dir bleiben also zwölf Millimeter, wohl etwas mehr, um Deinen Antrieb auf die gesuchten Werte zu analysieren. ...
Meinst Du Millimeter oder Millisekunden? Die Beschleunigungsversuche für die Sprungantwort während einer echten Fahrt auf dem Boden gaben mir viel mehr Zeit bzw Strecke. Und das möchte ich ja eben auf der Rolle nachbilden können.

... die Fallbewegung Deiner Messeinrichtung eine beschleunigte Phase hat, welche durch die Reibung aller bewegten Teile (Reibung - nicht Trägheit!!) beeinflusst wird und die Bewegung aus einer gleichförmig beschleunigten in eine geschwindigkeits-konstante über geht. Irgendwann, irgendwo.

Das ist mir bewußt und der Einfluß ist vermutlich nicht zu knapp. Die Berücksichtigung der Reibung (wohl hauptsächlich in den Kugellagern) hab ich bewußt verdrängt und könnte ich später vielleicht noch bestimmen.

Mittlerweile hab ich auch mal überschlagen, welchen Einfluß die Verzögerung des Zeitmessstartsignals von der Encoderscheibe auf die gemessene Zeit hat.

Die Scheibe hat einen Durchmesser von ca. 73mm Mitte Encoderstrich bis Mitte Encoderstrich gemessen. Auf den Umfang sind 1800 Striche verteilt. Ich gehe mal von gleicher Breite von Strichen und Zwischenräumen aus. Das sind also 3600 Abschnitte. Ein Abschnitt wäre also Umfang / 3600 [mm] breit. Im messenden µC werden pro Umdrehung 3600 Impulse ausgewertet.
d * pi / 3600 = x
x = 0,06370451770mm
(Entschuldigung für die vielen Nachkommstellen. Sind aus einem Rechner kopiert Runden kann man später immer noch)

Zu Beginn des Versuchs ruht die Scheibe und muß maximal 0,0637mm gedreht werden um den Zeitmessstartimpuls auszulösen.
s = 1/2*a*t²
Oben im thread hatte ich eine Beschleunigung von etwas über 1m/s² ausgerechnet.
t² = s * 2 / a
t² = 0,0637mm * 2 / 1000mm/s² = 0,0001274s²
t=0,011s

Da hab ich also max. ca. 11ms zuwenig Zeit gemessen, da ja bis zum Zeitmessstartsignal die Scheibe erst maximal um einen Encoderabschnitt bewegt werden muß.

Dann gibt es noch das Lösemoment bis zum Gleitmoment ... Es wird doch "interessanter" als ich zu Beginn dachte ...

Schluß für den Moment. Muß gleich aufs Rad; will Kumpel nicht warten lassen.

Nur soviel noch: Bin bei der Ausrechnung der Masse eines translatorisch bewegten Körpers angelangt, der die gleiche Trägheit zeigt, wie die drehende Rolle bei Anlegen einer tangentialen Kraft an der gummibelegten Rolle der Apparatur.

Ich stieß dabei auf diese Internetseite: https://www.leifiphysik.de/mechanik/kraft-und-bewegungsaenderung/grundwissen/traege-masse und da steht, daß zwei Körper die gleiche (träge) Masse haben, wenn die Körper durch eine gleiche Kraft gleich beschleunigt werden.

Gruß
Searcher

Searcher

22.07.2023, 21:50

...Bin bei der Ausrechnung der Masse eines translatorisch bewegten Körpers angelangt, der die gleiche Trägheit zeigt, wie die drehende Rolle bei Anlegen einer tangentialen Kraft an der gummibelegten Rolle der Apparatur.

Ich stieß dabei auf diese Internetseite: https://www.leifiphysik.de/mechanik/kraft-und-bewegungsaenderung/grundwissen/traege-masse und da steht, daß zwei Körper die gleiche (träge) Masse haben, wenn die Körper durch eine gleiche Kraft gleich beschleunigt werden.

Es geht weiter. Bin anscheinend gerade "im flow" und versuche mal die Masse zu bestimmen, die geradlinig beschleunigt die gleiche Trägheit zeigt wie die drehenden Teile der Apparatur, die am Radius der Wickel-/gummibelgten Rolle beschleunigt wird.

Das Senklot übt eine Kraft von 0,51993N auf den Radius der Wickelrolle aus; wie weiter oben im thread berechnet.
Der Umfang der Wickelrolle erfährt damit eine Beschleunigung von 1,176941365m/s².

Eine Masse mit gleicher Trägheit wie die drehenden Teile der Apparatur, die mit gleicher Kraft (0,51993N) geradlinig beschleunigt wird, soll auch mit 1,176941365m/s² beschleunigt werden.

F = m * a -> m = F / a
m = 0,51993N / 1,176941365m/s² = 0,4417637237kg

Diese Masse betrüge also etwa 441g. Wenn sie mit einer Kraft von 0,51993N beschleunigt wird, erfährt sie eine Beschleunigung von 1,176941365m/s². Genau wie der Umfang der Wickel-/gummibelegten Rolle, wenn dort eine gleiche Kraft am Radius der Wickelrolle ansetzt.

Da die gummibelegte Rolle einen etwas größeren Durchmesser als die Wickelrolle hat, ist die angenommene Kraft von 0,51993N nicht ganz richtig für die Berechnung der Masse - aber in etwa. Später mal genauer betrachten:-k

Widersprüche für den Rechenweg erwünscht. Geht erst mal nur ums Prinzip - den theoretischen Weg. Reale Störgrößen bitte erst mal außen vor lassen. Die melden sich sicher früh genug.

Gruß
Searcher

Searcher

23.07.2023, 11:09

Diese Masse betrüge also etwa 441g. Wenn sie mit einer Kraft von 0,51993N beschleunigt wird, erfährt sie eine Beschleunigung von 1,176941365m/s². Genau wie der Umfang der Wickel-/gummibelegten Rolle, wenn dort eine gleiche Kraft am Radius der Wickelrolle ansetzt.

Da die gummibelegte Rolle einen etwas größeren Durchmesser als die Wickelrolle hat, ist die angenommene Kraft von 0,51993N nicht ganz richtig für die Berechnung der Masse - aber in etwa. Später mal genauer betrachten:-k

... und weiter

Die gummibelegte Rolle hat einen Durchmesser von 51mm (Radius= 0,0255m). An der Wickelrolle erzeugt das Lot ein Drehmoment von M = F * r -> 0,51993N * 0,0228m = 0,011854404Nm (das die Drehbeschleunigung der Rolle verursacht mit der das Trägheitsmoment bestimmt wird)

Um die gleiche Drehung (Drehmoment) bei Ansetzen einer Kraft an der Gummirolle hervorzurufen wäre wegen des größeren Radiuses etwas weniger Kraft nötig,
0,51993N * (0,0228m / 0,0255m ) = 0.4648785882N

Diese Kraft an der Gummirolle erzeugt also dann die gleiche Umfangsbeschleunigung von 1,176941365m/s² an der Gummirolle !??

0,4648785882N / 1,176941365m/s² = 0,3949887412kg
Eine Masse von 395g hätte die gleiche Trägheit wie man an dem Umfang der Gummirolle der Apparatur erfahren würde.

Die paar Millimeter Unterschied im Durchmesser der beiden Rollen (Gummirolle und Wickelrolle) machen demnach glatt über 40g (ca 10%) Unterschied bei der trägheitsäquivalenten Masse aus.

Ich hab das Dreirad aus dem Eröffnungsbeitragsvideo nochmal so gewogen, daß nur das Auflagegewicht des linken Antriebsrades auf die Waage drückte. Rechtes Antriebsrad und Stützrad angehoben. Ergebnis genau 100g mit der Präzision einer kleinen Medion Küchenwaage.

Als nächstes versuche ich nun der Apparatur an der Gummirolle die gleiche erfahrbare Trägheit zu geben, die eine Masse von 100g hätte um dann endlich mal auszuprobieren, was passiert, wenn das fixierte Dreirad die Apparatur über die Gummirolle mit einem Antriebsrad antreibt.

Gruß
Searcher

Searcher

24.07.2023, 15:44

Beitrag entstand auf falscher Auswertung von Meßwerten. 1. Teil Gelöscht!

Übrig geblieben ist:

Versuchsweise hatte ich mal die Schwungscheibe abgenommen und gemessen. Bei gleicher Fallhöhe sank die gemessene Zeit auf 0,52 Sekunden.

Gruß
Searcher

PS: Durch elektromechanische Auslösung des Meßvorgangs (mit Zugmagnet) und bessere Justierung des Zeitstopp Tasters ist die Streuung der Zeitmeßergebnisse gesunken.

Searcher

26.07.2023, 19:28

Hallo,

ich habe bis jetzt hauptsächlich an der Zuverlässigkeit der Messungen, am Meßprogramm und der Übertragung der Meßwerte zum PC gebastelt.

Gemessen wird mit einem 20MHz getakteten ATMega88PA. Die Apparaturwelle wird jetzt in Ruhe von der Federkraft eines Hubmagneten, der auf die Gummirolle drückt, gebremst/gehalten.

Zu Beginn der Messung wird Timer1 im ATMega gestartet und der Hubmagnet aktiviert, der dann die Welle freigibt. Das Senklot fällt auf den Zeitmeßstoptaster, der den Input Capture Interrupt auslöst, mit dem dann die Zeit genommen wird. Der 16-Bit Timer1 läuft zur Zeit mit Prescale 1024, so dass er eine Auflösung von 51,2µs liefert und ohne Überlauf mehr als 3 Sekunden messen kann. Mehr als ausreichend. Der Hubmagnet wird deaktiviert, bremst die Rolle und verhindert ein Verheddern des Fadens.

Zusätzlich werden jede Millisekunde die seit Start aufgelaufenen Encoderticks aufgenommen und sofort per RS232 zum PC mit 115200 Baud übertragen. Die Auswertung des Quadratursignals wurde auf 7200 Ticks pro Umdrehung erhöht. Der Encoder liefert Sinussignale, die bisher direkt an die µC Eingänge geschaltet waren. Das schien fehlerfrei zu funktionieren. Ich hab dennoch 74HC14 ICs zwischengeschaltet um den µC mit saubere Rechteck zu versorgen. Jetzt kommen bei höherer Geschwindigkeit jede Millisekunde etwa 7 ASCII Zeichen zum PC rüber. Nähert sich scheinbar der Grenze des gegenwärtigen Programms. Reine Übertragungszeit der 7 Zeichen (Fünfstellige Zahl plus CR LF) sind ca. 0,6ms und der µC soll ja auch noch die Daten sammeln. Denke das sollte schnell genug sein, sonst muß ich mir noch was anderes überlegen. Der PC kann auch nur 115200 Baud.

Anlaß des Einbaus des Hubmagnets war, daß ich bei manuellem Auslösen große Toleranzen im Meßergebnis feststellte. Außerdem kann das Programm unmittelbar nach Abschluß der Messung durch Deativierung des Hubmagnets das lange Nachlaufen der Welle verhindern. Da die Federkraft des Hubmagnets nicht ausreichte um die Welle mit dem zerrenden Senklot zu halten, wurde auf den Metallanker noch ein Kunststofffoliendeckel mit höherer Reibung geklemmt.

Interessante Beobachtung: Welle beginnt sich erst ca. 5 bis 6ms nach Meßstart zu bewegen. Wird wohl hauptsächlich die Reaktionszeit des Magneten sein. Die Bewegung der Welle ist aber nicht sofort in die Richtung, in die sie das Lot zieht, sondern rückwärts bevor sie dann nach ca. 4ms beginnt in die "richtige" Richtung zu drehen. Da werd ich wohl nochmal an der Ausrichtung des Hubmagneten basteln müssen obwohl eine Beschleunigung in die richtige Richtung durch den Hubmagnet hätte ich nicht erkannt. :confused:

Ich habe mal dass Schwungrad aus dem Radio abgenommen und eine Fallzeit des Lots von 511ms über 675mm Fallhöhe gemessen. Eine tangential ansetzende Kraft an dem 51mm durchmessenden Gummirad würde dann die gleiche Trägheit erfahren, wie sie eine Masse von 90,7g hätte.

Oder anders ausgedrückkt: Das Antriebsrad des fixierten Dreirades muß auf der Rolle mit der gleichen Trägheit kämpfen als wenn es nicht fixiert eine Masse von 90g antreiben müßte.

So zumindest nach meinen bisherigen Überlegungen. Bitte um Widerspruch bevor ich das Dreirad tasächlich auf die Rolle stelle und ein unvorhergesehenen Unfall erlebe :)

Gruß
Searcher

Searcher

02.08.2023, 20:47

Hallo,

ich bin immer noch bei der Verbesserung der Meßapparatur und Bestimmung der Trägheit der Apparaturwelle.

Zunächst habe ich den Taster, der vom Senklot betätigt wird und die Zeitmessung stoppt, entfernt. Mithilfe der Enkoderscheibe lässt sich die Zeit bei Erreichen eines Tickendwertes ja auch nehmen. Und bei 7200 Ticks pro Umdrehung läßt sich die Fallhöhe des Lots auch gleich auf 0,02mm bestimmen. Die Rolle, auf die der Faden aufgewickelt ist, rechne ich nun mit 46mm Durchmesser (tatsächlich irgendwas zwischen 45,6 und 45,9mm), da ja der Faden selbst auch noch eine gewisse Stärke aufweist. (46mm * pi / 7200 = 0,0200712mm).

Zur Messung der Fallzeit wurde und wird die Input Capture Funktion benutzt. Der Interrupt wurde vorher vom Endtaster ausgelöst. Jetzt wird bei Erreichen des Enkoderendwertes der Input Capture Pin vom Programm geschaltet. Softwareinterrupt sozusagen. Das Fallhöhe hab ich auf 50cm begrenzt. Scheint mir zu reichen.

Vorher hatte ich jede ms ein Sample der Enkoderticks genommen. Das ist jetzt auf eine halbe ms gesenkt. Um die Daten auch "in Echtzeit" zum PC zu bekommen, wurde die Integer Variable (2 Byte mit Vorzeichen), in die die Ticks aufaddiert wurden, gegen eine Ein-Byte-Variable ohne Vorzeichen getauscht, nur noch die Ticks einer halben ms gezählt und zum PC übertragen. In einer Tabellenkalulation kann man dann ja am PC beliebig nachbereiten. Rückwärtsdrehen der Welle tritt nur selten und nur kurz nach Start auf. Die dann erzeugten Byte-Werte sind sehr hoch und können daran identifiziert werden und SW-mäßig geradegebogen werden.

Da mir da ab und zu immer noch ein Meßwert abhanden kam, habe ich doch noch auf ein TTL-USB Serial Adapter, der lange in der Schublade lag, zurückgegriffen. Der HW-Com Port an meinem PC schafft nur 115200Baud. Den Adapter hab ich mit 230400Baud zum Laufen bekommen. Allerdings ist der nicht so schön zuverlässig wie der HW Port, überträgt plötzlich nichts mehr und muß deshalb ab und zu zurückgesetzt werden.

Mal sehen, ob das von mir noch nie genutzte google drive zu gebrauchen ist. Ich habe mal eine Serie Meßwerte in eine mess&abgeleitete_Werte.csv (https://drive.google.com/uc?export=download&id=19nvuL_8SLM8jMJlgZBfBJuc-4yflVRW8)Datei gepackt und dort abgelegt. Spalten mit Semiolon getrennt.
Erste Spalte gibt die verronnene Zeit an.
Zweite Spalte die Enkoderticks in einem 0,5ms (genauer 0,4992ms) Intervall an.
Dritte Spalte enthät die zeilenweise Hinzusummierung von Spalte zwei.
Vierte Spalte die zeilenweise Berechnung der Beschleunigung.

Beschleunigungsverlauf.PNG (https://drive.google.com/uc?export=download&id=1im21qrXsBGtVIxv1Nwm-EV34U-wZASam)zeigt eine daraus erzeugte Grafik, die mich ins Grübeln hat kommen lassen. Zu Beginn sieht man eine "beschleunigte Beschleunigung" die dann in eine relativ konstante Beschleunigung mündet. Ab Sample 120 (60ms) hab ich daraus mal eine mittlere Beschleunigung von 4,607024446m/s^2 berechnet (am Ende der mess&abgeleitete_Werte.csv).

https://drive.google.com/uc?export=download&id=1im21qrXsBGtVIxv1Nwm-EV34U-wZASam

Gruß
Searcher

oberallgeier

03.08.2023, 09:22

.. eine .. Grafik, die mich ins Grübeln hat kommen lassen. Zu Beginn sieht man eine "beschleunigte Beschleunigung" die dann in eine relativ konstante Beschleunigung mündet ..Über die Beschleunigung höherer Ordnung will ich jetzt mal nix schreiben.

.. Meine Bedenken .. weil die Fallbewegung Deiner Messeinrichtung eine beschleunigte Phase hat .. und die Bewegung aus einer gleichförmig beschleunigten in eine geschwindigkeits-konstante über geht ..

Searcher

03.08.2023, 14:19

.. Meine Bedenken .. weil die Fallbewegung Deiner Messeinrichtung eine beschleunigte Phase hat .. und die Bewegung aus einer gleichförmig beschleunigten in eine geschwindigkeits-konstante über geht ..

Der Graph zeigt zunächst eine geringe Beschleunigung (y Achse ist Beschleunigung eingetragen, nicht Geschwindigkeit), die bis um etwa 60ms stark ansteigt um nach weiteren 40ms mehr oder weniger horizontal zu verlaufen. Da ist also immer noch eine Beschleunigung (Geschwindigeitserhöhung) vorhanden, die jetzt aber, wohlwollend betrachtet, gleichmäßig/gleichförmig ist - im waagerechte Teil des Graphen. Die Beschleunigung wird auf dem Wert haupsächlich durch das Trägheitsmoment der Welle begrenzt. Die Abnahme der Beschleunigung hin zu einer gleichförmigen Bahngeschwindigkeit kann man im letzten Teil des Grafen vermuten, wo er ab etwa 250ms beginnt wieder abzufallen.

Hab grad noch mal ein paar Messungen mit unterschiedlichem Zuggewicht und auch zusätzlicher Reibung der Welle gemacht. Der Form der Graphen sieht vertikal gestaucht oder gedehnt aus. Die Zeiten der Steigungsänderungen bei ca. 60ms und weiteren 40ms wie oben erwähnt sind in etwa gleich.

Ich will nicht ausschließen, daß ich irgendwo einen grundlegenden Fehler mache; deshalb poste ich ja hier, um das herauszufinden, Im Augenblick rätsele ich, wie es zu der Form des Grafen, vor allem im 1. Abschnitt (0ms bis 120ms ) kommt:confused:

(Gut, daß ich bei der Menge der Versuche den Taster ausrangiert habe. Da hatte ich wegen der Spitze des Senklots eine Prallplatte aus blechbelegtem dünnen Brett angebracht. Das Blech sieht schon recht angegriffen aus und hätte wohl bald Löcher bekommen:))

Gruß
Searcher

oberallgeier

05.08.2023, 19:48

Der Graph zeigt zunächst eine geringe Beschleunigung .. nach weiteren 40ms mehr oder weniger horizontal ..Der Verlauf kommt mir, bei meinem bescheidenen Physikverständnis, doch eher unglaubwürdig vor. Ich hab mal Deine Unterlagen genommen (leider etwas dürftig kommentiert - dafür brät sie Google&Co gleich ohne Rückfrage auf meinen Rechner :-/ ) und hab mir daraus auf die Schnelle ne Auswertung (https://dl.dropbox.com/scl/fi/3x6cbiwqboz7ky52dic3y/xpmtl.JPG?rlkey=54wc1sncsg7kgzdm2uweqa8nc&dl=0) gemacht. Sieht eher nach dem zu erwartenden Weg-Zeit-Diagramm aus, das schon beim Hinsehen auf eine gleichmässig steigende Geschwindigkeit deutet (Wertekurve und Trendfunktion sind praktisch deckungsgleich). Ein merkbares Ansteigen der Beschleunigung lese ich daraus nicht heraus - woher sollte das denn kommen (evtl. abnehmende innere Reibung). Aber egal, ich finde diesen Weg zum Erfassen des Beschleunignsverlaufs ja leider sowieso nicht zielführend.

PS: bei meinen Beschleunigungsmessungen (weiter oben beschrieben) läuft das Wesentliche innerhalb von 30 ms ab. Da sollte Dein Erfassungstakt passen. Und die Motorzeitkonstante ist um die 10ms.

Searcher

05.08.2023, 20:30

Hallo oberallgeier,

ich war gerade beim Erstellen eines weiteren Eintrags über eine ominöse Elastizität eines Nähfadens :cool:
Bin aber aus dem RN ausgeloggt worden und danach war das Editing irgendwie verdorben. Ich erstelle den Beitrag mal neu und schau mir später deinen Beitrag genauer an.

Gruß
Searcher

- - - Aktualisiert - - -

Hallo,

mich hatte im vorletzten post (https://www.roboternetz.de/community/threads/78316-Me%C3%9Fstand-Sprungantwort-Prototyp?p=669185&viewfull=1#post669185) in der Grafik der erste Teil des Graphen irritiert. Da habe ich nun mehrere weitere Messungen durchgeführt. Meistens hatte ich das Senklot mit einem Gewicht von 53g benutzt. Nach Verstärkung der Bremse und Verwendung eines 210g Gewichtes kam mir so langsam ein Gedanke, warum die Beschleunigungskurve zu Beginn so aussieht. Zunächst eine weitere Grafik von 4 Versuchen mit dem 210g Gewicht mit verschiedenen Aufhängelängen bis zu 20cm zur Wickelrolle. Der Faden, an dem das Gewicht zieht ist ein Faden von einer Nähgarnrolle.

https://drive.google.com/uc?export=download&id=1QndxT2PFTlBrAbQ5shv601aQX9CttB3z

Der Graph mit 53g Senklot im vorletzten Posting steigt steil an, wird flacher und mündet in eine relativ konstanten Beschleunigung. Hier steigt er steil an, die Beschleunigung erreicht mit über 20m/s² mehr als das Doppelte der Erdbeschleunigung von 9,81m/s² Wie kann das denn sein? Das Gewicht fällt doch nur und wird nicht angetrieben. Es muß die Welle ja auch noch über die Wickelrolle antreiben. Danach fällt die Beschleunigung zurück und pendelt sich auf einen plausibelen Wert ein.

Meine Theorie dazu: Vor Meßbeginn hängt das Gewicht ruhig am aufgewickelten Faden kurz unter der Wickelrolle. Die Welle ist durch den Federdruck eines Zugmagneten noch blockiert.

Dann wird zur Messung der Zugmagnet aktiviert, gibt die Welle frei und gleichzeitig wird die Messung mit dem Enkoder an der Welle gestartet.

Die Welle wird über die Wickelrolle mit dem Gewicht und über den, in Grenzen aber doch elastischen Faden beschleunigt. Der Faden wurde durch Aufwickeln auf die Rolle mit dem angehangenen Gewicht gespannt und kann nun die frei gegebene Welle beschleunigen. Je länger der Faden von Rolle bis zum Gewicht ist, desto höher ist der Ausschlag zu Beginn des Graphen - zmindest den Versuchen nach. Auf den Gedanken zum elastischen Faden kam ich, da in den Graphen auch kurz vor der Horizontalen eine (elastische) Schwingung zu beobachten ist.

Kein Überschwinger des Graphen im vorletzten Posting: Die Welle war durch Gewichte mit zusätzlichem Trägheitsmoment belastet und wurde durch wesentlich geringeres Gewicht angetrieben. Das höhere Trägheitsmoment verhinderte eine höhere Beschleunigung, das geringere Gewicht spannte den Faden nicht so stark und bildete auch eine geringere Gegenkraft für das Zusammenziehen des Fadens aus.

Zur Bestimmung der Trägheit sollte die Elastizität des Fadens also keine Rolle spielen, wenn man nur den weitgehend horizontalen Teil des Graphen betrachtet

Ich bitte um dringenden Einspruch, wenn ich hier Blödsinn schreibe bevor ich mich weiter versteige

Gruß
Searcher

Searcher

06.08.2023, 10:05

Hallo,
nach meiner gestrigen Vermutung über den elastischen Nähfaden erinnerte ich mich heute Nacht :-) an mein Smartphone mit "Super SloMo" Funktion. Hatte ich noch nie im Einsatz aber heute morgen mal ausprobiert und die Vermutung nähert sich der Gewißheit.

Dazu ein youtube Video

https://youtu.be/Nx04FpQpTOA

Das youtube Video und ein Weiteres im Download zur Einzelbildbetrachtung im eigenen Videoplayer.
Oben links kann man jeweils den Zugmagnet erkennen, der die Welle freigibt und zum Schluß abbremst.
Man kann erkennen, wie die Welle zu drehen beginnt, das Gewicht aber noch verharrt. Der Faden entspannt und das Gewicht beginnt zu fallen. So meine subjektive Beobachtung. Eure?

TraegereWelleSloMo.mp4: An der Welle ist zusätzlich eine Rolle mit Klemmen als zusätzliches Trägheitsgewicht angebracht.
Download Link: https://drive.google.com/uc?export=download&id=1-fR1GDd_liLO3UlFgiKfQY2BC3-YpJCb

OhneZusatztraegheitSloMo.mp4: Welle ohne zusätliche Gewichte, nur baubedingtes Trägheitsmoment.
Hier hatte ich noch einen kleinen Farbpunt an der Rolle in der Nähe des Zugmagnetankers aufgebracht um besser eine Bewegung der Rolle/Welle zu erkennen.
Download Link: https://drive.google.com/uc?export=download&id=13m3LFJxMyQe5jQYx4l6fV3hA-4xSy4qD

Grafik ähnlich der aus letztem Posting
extra-moment.PNG
Download Link: https://drive.google.com/uc?export=download&id=1-MEiDeOrFijEYimJ4HphNOIQ-MaGwR5o

Dazu eine EXCEL Arbeitsmappe mit dem Diagramm und zugehörigen Meßwerten und Erläuterungen. Es gibt bei den Meßwerten gegen Ende der Messung Ausreißer. Da wird die Geschwindigkeit so hoch, daß da wohl die Encoderauswertung nicht ganz mit kommt. Die Auflüsung mit 0,5ms ist wahrscheinlich nicht wirklich notwendig. Mal sehen....
slomo_calc.xls
Download Link: https://drive.google.com/uc?export=download&id=1-fR1GDd_liLO3UlFgiKfQY2BC3-YpJCb

Die Werte gehören nicht direkt zu den Videos, zeigen aber den Unterschied zwischen roher Welle und Welle mit zusätzlichem Schwunggewicht. Als Beschleunigungsgewicht diente das 210g schwere, ich glaube Uraltlautsprecher Ersatzteil.

Mittlerweile hat die Aufhängung der Welle gelitten und gibt von Versuch zu Versuch nur noch bedingt vergleichbare Werte. Besserer Aufbau und neue Kugellager sind in der Planung.

Gruß
Searcher

oberallgeier

07.08.2023, 11:30

.. bitte um dringenden Einspruch, wenn ich hier .. schreibe ..Mein Einspruch ist nicht dringend (so wie alle vorher auch).

Die alte Schulweisheit behauptet: für gleichförmige Beschleunigung ist der Weg s gleich der halben Beschleunigung b mal dem Quadrat der Zeit t, also s = b/2 * t². Das ergibt, umgestellt für die Beschleunigung: b = 2*s/t². (Gilt aber nur für unsere nicht-relativistische Umgebung *gg*)

Mal nach Methode Milchmädchen in Deinem Fall (von Dir anfangs vorgelegte "mess&abgeleitete_Werte.csv") die ungefähre, durchschnittliche Beschleunigung nach 0,5 sec (0,475 ms) und 0,5 m (0,500760 m)

b = (2*0,5m)/(0,5sec*0,5sec)

oder weiter b = 1m/0,25sec² ... also 4 m/sec².

Darüber hinaus mal angenommen, dass Du wirklich über - sagn wir mal für 0,2 sec - die Beschleunigung 20 m/s² hättest. Dann berechnet in diesem Fall das Milchmädchen (ab Anfang der Fallzeit, also v0(t) = 0) den Weg s = b/2*t² mit

s = (20/2)m/s² * 0,2sec*0,2sec

das sind 0,4 m. Wär ja schon fast die gesamte Fallstrecke. In diesen 0,2 sec wäre Dein Fallgewicht auf 4 m/sec. In den verbleibenden 0,275 sec Deiner gesamten Messzeit fällt das Fallgewicht dann mit 4 m/sec um weitere 1,1 m. Das geht nicht "durch die Decke" - das bombt durch/in den Boden :-/

Searcher

07.08.2023, 12:01

Ich hab mal Deine Unterlagen genommen (leider etwas dürftig kommentiert - dafür brät sie Google&Co gleich ohne Rückfrage auf meinen Rechner :-/ )
Ich versuch mich zu bessern. Daß die Dateien direkt auf Deinem Rechner gelandet sind, liegt vermutlich an der Browser Einstellung. Ich hab in meinem Firefox einen Haken bei "Always ask you where to save files" gemacht. Bei Dateien, die Firefox sonst nicht kennt, fragt er dann, wo sie gespeichert werden sollen.

und hab mir daraus auf die Schnelle ne Auswertung gemacht. Sieht eher nach dem zu erwartenden Weg-Zeit-Diagramm aus, das schon beim Hinsehen auf eine gleichmässig steigende Geschwindigkeit deutet (Wertekurve und Trendfunktion sind praktisch deckungsgleich). Ein merkbares Ansteigen der Beschleunigung lese ich daraus nicht heraus - woher sollte das denn kommen (evtl. abnehmende innere Reibung).

So langsam komme ich meinem Irrtum bei der Betrachtung meiner Diagramme auf die Spur. Zur Berechnung der Beschleunigung habe ich immer den Weg vom Beginn der Bewegung bis zum jeweiligen Wegpunkt und die bis dahin verronnene Zeit genommen. Die so berechnete Beschleunigung in das Diagramm eingetragen. Das führt dazu, das der Graph nur bei Beschleunigungsänderungen eine Steigung anders als Null bekommt. Wird der Graph waagerecht, bedeutet das ein gleichbleibende Geschwindigkeit zum vorherigen Wegpunkt. Versuchsweise habe ich EXCEL einen Graph zeichnen lassen, der die Differenz der Beschleunigung zwischen zwei Wegpunkten aus meiner Datei (der .csv) wiedergibt. Zu Beginn gibt es eine starke Beschleunigung, die so nach 50ms, 100ms stark abflacht und gegen 0 geht. Also tatsächlich keine Geschwindigkeitserhöhung (keine Beschleunigung) mehr aufweist. Die direkte Auswertung Delta s / Delta t brachte einen ziemlich unansehnlichen Graphen. Keine Ahnung wie man das sauber hinbekommt.

Die Beschleunigung bis zu dieser sich einstellenden Geschwindigkeit versuche ich weiter als Grundlage für die Trägheitsmoment Berechnung zu nehmen. Leider ist die falsche Darstellung der Beschleunigung im Graphen mit der Aufnahme der Samples alle 0,5ms dazwischen gekommen. Allerdings hat die ja sehr interessante Erkentnisse bezüglich des "Wellenantriebes" gebracht.

Aber egal, ich finde diesen Weg zum Erfassen des Beschleunignsverlaufs ja leider sowieso nicht zielführend.

Ob die Apparatur/Methode später tatsächlich zum Messen des Beschleunigungsverlaufs bzw Aufnehmen der Sprungantwort eines kleinen Vehikels taugt, versuche ich noch rauszufinden. Die bisherigen Versuche zeigen, daß da sicherlich mit großen Meßtoleranzen zu rechnen ist.

Mittlerweile bin ich so in der Bestimmung des Trägheitsmoments der Apparatur und der Vergleichbarkeit zur Trägheit einer bewegten Masse wie weiter vorne beschrieben, daß ich die Sprungantwort schon fast vergessen hatte.

PS: bei meinen Beschleunigungsmessungen (weiter oben beschrieben) läuft das Wesentliche innerhalb von 30 ms ab. Da sollte Dein Erfassungstakt passen. Und die Motorzeitkonstante ist um die 10ms.

Ich schätze meine Motore viel schwächer ein als die Servomotore und denke da an mindestens 100ms gesamten Erfassungszeitraum. Den Takt von 0,5ms werd ich wohl beibehalten - je mehr Daten, desto besser!?

Gruß
Searcher

PS Gerade sehe ich, daß Du schon wieder geantwortet hast. Muß ich mir wieder in Ruhe ansehen. ....

oberallgeier

07.08.2023, 13:59

.. Versuchsweise habe ich EXCEL einen Graph zeichnen lassen ..Macht Sinn (https://dl.dropbox.com/s/jsqnzo06zftgfbd/Weg-Zeit-2%28%2Bxpmtl%29.JPG?dl=0)

Searcher

16.08.2023, 21:19

Hallo,

@oberallgeier: Danke für Deine Überlegungen. Irgendwo sind noch andere Bugs im Getriebe. Wenn ich nur wüßte wo. Die 2g Beschleunigung und der Diagrammerstellungsbug mit der gleichmäßig beschleunigten Bewegung, die aber tatsächlich eine Bewegung mit konstanter Geschwindigeit ist, halte ich zunächst mal für erklärt.

Ich habe die Meßapparatur mittlerweile mit neuen Kugellagern und einer anderen Grundplatte ausgerüstet.

Leider komme ich bei der Berechnung des Trägheitsmoments auf keinen grünen Zweig. Wenn ich wie weiter vorne im thread rechne, ergibt sich aus den Meßwerten mit einem bestimmten Beschleunigungsgewicht eine bestimmter Wert für das Trägheitsmoment. Ein verändertes Gewicht gibt veränderte Meßwerte. Die Rechnung mit den neuen Meßwerten ergibt jedoch ein anderes Trägheitsmoment.

Das Trägheitsmoment einer mechanisch unveränderten Welle sollte jedoch bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten, die durch die verschiedenen Gewichte erzeugt wird, gleich sein!?

Falls jemand Lust auf Rechnen hat, kann eine EXCEL Arbeitsmappe heruntergeladen werden. Dort gibt es Meßwerte zu 10g, 20g, 40g und 82g Gewichten. Mit und ohne zusätzlicher trägheitsmoment verändernde Rolle Foto der Apparatur und Erläuterungen zu den Werten.

Arbeitsmappe: inertia_calc.xls (https://drive.google.com/uc?export=download&id=1BvGe6qc1fBxleL7Le4nqBkC7KVR7EcII)

Gruß
Searcher

oberallgeier

17.08.2023, 09:28

.. komme ich bei der Berechnung des Trägheitsmoments auf keinen grünen Zweig .. Mit und ohne .. Rolle ..Das ist ja einer der Gründe, warum ich (nur als ganz eigene, persönliche Meinung) diese Messvorrichtung nicht nutzbringend ansehe und auch nicht zweckmässig, um später die Anfahrdaten des eigentlich zu vermessenden Vehikels zu erfassen. Andererseits: ich habe manchmal auch eigen(tümlich)e Methoden!!
Trägheitsmomente (Rotation) sind - anders als die Massenträgheit (linearen Bewegung) doch - sagen wir mal ganz simpel: etwas tricky, das klingt schon von der Physik her recht hintergründig. Da spielt z.B. die Massenverteilung bezogen auf die momentane Rotationsachse ne wesentliche Rolle - r² - sie geht im Quadrat in die Rechnung ein. Und wenn ich auf Dein Video sehe, oben, vom 06.08.2023, 10:05, dann sind da ja noch zwei profilierte Rollen zu sehen - alles eine hübsche Anordnung, wenn man das von der Konstruktion her rechnen müsste *gg*. Du willst es aber nur messen . . . da bleibt zum Glück die ganze vertrackte Theorie weg. Wie, vor allem wodurch, Du auf unterschiedliche Werte für das Trägheitsmoment kommst weiß ich nu leider nicht - ich vermute (einen) Rechenfehler.

.. Arbeitsmappe ..Wie früher erwähnt vermeide ich, soweit vermeidbar, irgendwelche Dinge anzuklicken, die sich dann von selbst auf meinem Rechner niederlassen.

Nachtrag (14h44): - - - - - - - - - - - - -
Du machst Dir so viel Mühe mit der Praxis. Versuchs vielleicht mal andersrum. Mit Theorie. Sagen wir mal "Methode Milchmädchen 2.0".

Rechne Dir das Trägheitsmoment aus; Formeln in/aus allen möglichen Quellen (vielleicht aber nur eine *gg*).

Die Stahlwelle dürfte kein Problem sein - Dichte, Radius und Länge.

Dazu zwei Stahlringe - die Innenringe der Kugellager; Dichte geschätzt als Stahl?

Die beiden Scheiben? Mal zerlegen in einen Innenring, einen "Mittelring" (so ne Art Scheibe mit Loch), ein Aussenring. Dichte nach Material.

Habe ich was vergessen? Die Reibung beim Umlenken? des Gewichtsfadens? Sonst noch was? Erstmal nicht zuuu genau.

Nun als aufgebrachtes Drehmoment die simple Gewichtskraft des Fallgewichts mit dem Angriffs-Radius.

VIELLEICHT ein paar Prozent als Reibung - aber die würde ich erstmal vernachlässigen.

Daraus müsste ne Fallzeit berechenbar sein. Wenn Du mit der total neben Deinen Messergebnissen liegst, dann, meine ich, . . . biste ja einen Schritt weiter. Ich würde einen Wert ± 25% als gut, ± 40% oder 50% als ausreichend werten.

RoboHolIC

17.08.2023, 20:09

Nun als aufgebrachtes Drehmoment die simple Gewichtskraft des Fallgewichts mit dem Angriffs-Radius.

Ich habe Eure Berechnungen nicht nachvollzogen, daher meine Frage: Ist in der Berechnung berücksichtigt, dass das antreibende Massestück sich dem freien Fall nähert und daher seine Zugkraft mit der Zeit und Fallgeschwindigkeit abnimmt?

oberallgeier

18.08.2023, 01:12

.. Ist .. berücksichtigt, dass das antreibende Massestück sich dem freien Fall nähert .. Zugkraft mit der Zeit .. und Fallgeschwindigkeit ..Ahh, gute Frage! Danke!
Nein, hab ich nicht dran gedacht, nicht nachgerechnet. Die Geschwindigkeit(en) ist/sind mir einfach zu gering. Kein Wunder, es muss ja das Fallgewicht durch den aufgespulte Faden (s)eine Spule - eine runde Holzscheibe - und sonstige Teile in Bewegung versetzen. Aus Searchers erster gesandter Messaufnahme errechne ich im letzten Wegteil, kurz vorm Ende der Fallbewegung, nach etwa einem halben Meter und etwa einer halben Sekunde ne Fallgeschwindigkeit von 0,5 m/s d.h. 1,8 km/h (von Messpunkt 928 bis Messpunkt 938 bei insgesamt 943 Messpunkten, mit 0,471 sec gesamter Fallzeit und 0,50076 m gesamter Fallstrecke). Siehe auch diese Grafi (https://dl.dropboxusercontent.com/s/jsqnzo06zftgfbd/Weg-Zeit-2%28%2Bxpmtl%29.JPG?dl=0)k in diesem Beitrag (https://www.roboternetz.de/community/threads/78316-Me%C3%9Fstand-Sprungantwort-Prototyp?p=669223&viewfull=1#post669223).

Das scheint mir von einem freien Fall doch weit entfernt.
Bei freiem Fall (ohne Luftwiderstand) erreicht ein Fallstück nach ner halben Sekunde 5m/s (v=b x t => 10m/s² x 0,5 s => 5m/s bzw. 18 km/h) und befindet sich 2,25 m unter der Startposition ( s = b/2 x t² => 5m/s² x (0,5sec)² = 5m/s² x 0,25sec² => 1,25m). Bei den deulich niedrigeren Geschwindigkeiten des Versuchsaufbaues - siehe Absatz oben, Geschwindigkeit ca. 10% - scheint mir der Luftwiderstand wirklich vernachlässigbar. Auch wenn die 10m/s² schon mal um 1,9 % zu groß angesetzt sind. WENN ich nach Mitternacht noch ordentlich rechnen kann . . .

Searcher

18.08.2023, 07:06

Nachtrag (14h44): - - - - - - - - - - - - -
Du machst Dir so viel Mühe mit der Praxis. Versuchs vielleicht mal andersrum. Mit Theorie. Sagen wir mal "Methode Milchmädchen 2.0".
Rechne Dir das Trägheitsmoment aus; Formeln in/aus allen möglichen Quellen (vielleicht aber nur eine *gg*).
...
Daraus müsste ne Fallzeit berechenbar sein. Wenn Du mit der total neben Deinen Messergebnissen liegst, dann, meine ich

Den Vorschlag habe ich befürchtet und das Ausrechnen des Trägheitsmoments über die rotierenden Massen bisher erfolgreich verdrängt :-)
Sehe ich aber als Kontrollrechnung auch wohl fast unumgängllich :-(

Ist in der Berechnung berücksichtigt, dass das antreibende Massestück sich dem freien Fall nähert und daher seine Zugkraft mit der Zeit und Fallgeschwindigkeit abnimmt?
Hallo RoboHolIC, danke für die Frage ;)!!!
Ich glaube, so langsam aber sicher kommen wir weiter. Das ging mir auch im Kopf rum, als ich festgestellt hatte, daß das Trägheitsmoment mit meinen Rechnungen ganz grob proportional mit dem angehangenen Gewicht stieg wobei es doch gleich bleiben sollte.

Kurz, die Antwort auf Deine Frage ist nein! und muß aber berücksichtigt werden.

Zunächst das Drehmoment, das auf die Welle von dem Lot ausgeübt wird.
Das Lot mit 53g setzt mit einer Kraft F durch die Erdbeschleunigung am Radius der Rolle an.
F = 0,053kg * 9,81m/s²=0,51993N

Die Kraft setzt tangential zur Drehachse an und erzeugt ein Drehmoment (https://www.roboternetz.de/community/misc.php?do=page&template=motorberechnung)
M = 0,51993N * 0,0228m = 0,011854404Nm
Hier rechne ich die Gewichtskraft F mit der Erdbeschleunigung 9,81m/s² aus, aus dem das Drehmoment folgt mit dem unverändert zusammen mit der Winkelbeschleunigung alpha das Trägheitsmoment bestimmt wird.

Dieses F gilt aber nur mit Welle in Ruhe und alpha geht nur mit Welle in Rotation. Da scheint wieder ein dicker Wurm zu sitzen.

Ich habe die Suche nach Quellen auf englischsprachige Seiten ausgeweitet und fand auf youtube ein Video in zwei Folgen, die fast genau auf mein Problem zutreffen. Die arbeiten mehr mit Winkelbeschleunigung als ich mit Bahnbeschleunigung. Bestimmung des Trägheitsmoments wird an Fahrradrad, das durch ein Gewicht am Faden beschleunigt wird, durchgeführt.
(1 of 2) Measuring the Rotational Inertia of a Bike Wheel
https://www.youtube.com/watch?v=B35V-UWE9I8
(2 of 2) Measuring the Rotational Inertia of a Bike Wheel
https://www.youtube.com/watch?v=lhRuOQQ9iks

Die lösen das Problem ziemlich kompliziert und ruckzuck. Im zweiten Teil wird da schon einiges vereinfacht und bei
https://youtu.be/lhRuOQQ9iks?t=449
wird genau auf die Bestimmung der resultierenden Kraft des Gewichtes bei Beschleunigung des Rades mithilfe der Winkelbeschleunigung eingegangen. Sie nennen die resultierende Kraft "Force of tension", die aber dem Video zufolge konstant über die gleichförmige Beschleunigung des Rades bleibt. (zum Glück vereinfacht das das Ganze wieder).

Demzufolge ist die resultierende Kraft (force of tension) F = m(g - (r*alpha))
m = Masse des Gewichts
g = Erdbeschleunigung
r = Radius des Rades
alpha = winkelbeschleunigung

Wobei meinem Verständnis nach r*alpha die Bahnbeschleunigung ist. Mal sehen, welchen Wert ich nun mit meinen Messungen da einsetze und welche Einheiten/Werte ich für alpha benutze. Ist die Einheit eines ausgerechneten alpha mit a/r (Bahnbeschleunigung/Radius) = [rad/s²] oder muß das [2*pi] noch verwurstet werden. Hoffentlich kommt mir das Wetter nicht dazwischen ;-)

Vielen Dank für die Beteiligung am thread. Ist doch anspruchsvoller, als ich zu Anfang dachte :shock:#-o

Gruß
Searcher

oberallgeier

18.08.2023, 09:07

.. Ist .. berücksichtigt, dass das antreibende Massestück sich dem freien Fall nähert .. Zugkraft mit der Zeit und Fallgeschwindigkeit ..Nochmal zurück zu meiner Antwort oben (und zur Mitterumnachtung).

Wesentlichen, aber geringen Einfluss hat der Luftwiderstand, die Fallbeschleunigung über die Höhe ändert sich bei dem knappen Meter Höhenunterschied nur irgendwo an der sechsten oder siebenten Stelle des Gesamtwertes (nicht Nachkommastelle). Ohne Berücksichtigung des Luftwiderstands (also im absoluten Vakuum) kann bei dem geringen Höhenunterschied mit konstanter Erdbeschleunigung gerechnet werden. Eine feste Endgeschwindigkeit gibts im Vakuum nicht. Anm.: Felix Baumgartner ist in der Höhe von um die 30 km mit über 1300 km/h gefallen.

ETWAS deutlicheren Einfluss hat der aktuelle Ort auf der Erde, da verschiedene unterirdische Materialdichten im Untergrund den Ortswert deutlich(er) ändern können (Steinkohle 1,3..1,4, Granit 2,8..) oder die Abflachung an den Polen oder der äquatoriale (Speck*gg*)Gürtel ihren Einfluss geltend machen. Übrigens steigt die Fallbeschleunigung unter der Oberfläche (https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:EarthGravityPREM.svg) etwas an *ggg* - aber das ist dann ziemlich tiefgründige (Geo)Physik.

RoboHolIC

21.08.2023, 20:48

... sich dem freien Fall nähert ... Zugkraft mit der Zeit und Fallgeschwindigkeit abnimmt?
Autsch - für den frühen Abend eine ziemliche Fehlleistung #-o

Searcher

22.08.2023, 19:49

Autsch - für den frühen Abend eine ziemliche Fehlleistung #-o

Halb getroffen ist nicht daneben ;)

Wenn ich die reduzierte Zugkraft des fallenden Gewichts mit einbeziehe, streuen die berechneten Trägheitsmomente mit verschiedenen Gewichten weit weniger. Ich habe allerdings so viele Meßdaten, daß ich noch im Dunklen tappe, welche ich denn nun für eine sinnvolle Berechnung hernehme.

Ich überlege und versuche auch noch die verfälschten Daten wegen des elastischen Fadens in den Griff zu kriegen. Jeder Faden, den ich bis jetzt in den Fingern hatte, läßt sich leicht dehnen. Hab noch dünnen Kupferdraht von einem Trafo. Mal sehen, wie der sich macht. Allerdings ist der dann wieder nicht so flexibel auf der Rolle beim Abrollen. Versuch macht kluch.:-k:shock::)

Gruß
Searcher

RoboHolIC

22.08.2023, 23:22

die verfälschten Daten wegen des elastischen Fadens
Ja, dein SlowMotion-Video vom Startmoment ist schon beeindruckend - zugleich erschreckend, welche Eigendynamik der Apparatur es enthüllt!

Jeder Faden, den ich bis jetzt in den Fingern hatte, läßt sich leicht dehnen. Hab noch dünnen Kupferdraht
Vielleicht hilft es zumindest der anfänglichen Verfälschung ab, wenn die Fadenlänge in der Startstellung ideal Null ist.
Das Fallstück kann nach oben hin schlank und steif verlängert werden durch einen etwas kräftigeren Stahldraht, der bis an die Rolle heran reicht; dessen Masse wird dem Fallstück zugerechnet. Dank Fadenlänge Null ist der Federspeicher wenigstens in der Startaufstellung eliminiert.
Mit abrollendem, sich dehnendem Faden divergieren Fall- und Umfangsgeschwindigkeit dann zunehmend, aber das ist ja auch bisher schon so.

Ersatz für den Faden? Dickerer Faden - ist steifer/fester als ganz dünner und immer noch sehr leicht gegenüber den 53 Gramm des Fallstücks.

Beste Grüße
Christian.

oberallgeier

24.08.2023, 10:15

.. SlowMotion-Video vom Startmoment ist schon beeindruckend .. welche Eigendynamik der Apparatur es enthüllt ..Beeindruckend, ja. Aber nicht überraschend.
Der Faden ist auf einer kreisrunden Scheibe aufgewickelt = konstante Krümmung. Er wird abgezogen und soll(te) dann gerade verlaufen - mit der Krümmung Null. Das geht nicht. Die traditionelle Physik verbietet solche Sprünge (.. schon früher habe ich einige Bereiche der Physik ausgeschlossen). Man nennt das Singularitäten - und die passen nicht in unsere handhabbare Mechanik. Die Praxis kennt jeder vom Autofahren (auch vom Bahnfahren). Von gerade auf Kurve gehts meist in einem Übergangsbogen (Ausnahme beim Auto z.B. Serpentinen etc). Es sind Klothoiden, auch andere spezielle Kurven, mit einem STETIG zu- oder abnehmenden Krümmungradius. Von Krümmung Null (= gerade) bis zum geplanten Kurvenradius, dann die nötige Kurvenstrecke mit möglichst stetiger Krümmung (evtl. gleich zum Auslauf-Übergang). Dann kommt der anzupassende Auslauf, wieder ein Krümmungsbogen, der mit der Krümmung Null endet. Alles zusammen soll die erforderliche Richtungsänderung erledigen. Und der Faden wird von Massenträgheit und Biegesteifigkeit zu ähnlichem Verhalten gezwungen.

Teilweise.

Denn bekanntlich neigen gespannte "Fäden" aus textilen Fasern, auch aus Draht oder so, zum Schwingen. Musikinstrumente mit Saiten und andere (auch Vibraphon, Marimba etc) nutzen diese Schwingungsfähigkeit zur Erzeugung von Tönen. Und die Saiten oder Fäden haben ne sehr spezielle Eigendynamik, die Resonanzfähigkeit. Abhängig von Spannung und Fadenlänge/-dicke/-festigkeit/-masse/-etc sind das genau definierbare Frequenzen. Bei Deinem Aufbau werden - vermutlich - solche Werte mal nur Augenblicke lang erreicht - und das gibt dann nen Ansatz zum Schwingen.

Ach, es gibt allerlei mögliche Störfaktoren die mehr oder weniger deutlch auftreten und Einfluss auf die Messung nehmen.

.. überlege und versuche .. die verfälschten Daten wegen des elastischen Fadens in den Griff .. Hab noch dünnen Kupferdraht ..Wieso bekommst Du die "verfälschten" Daten wegen des elastischen Fadens? Andersrum - wieso ist der Grund für die Verfälschung die Elastizität des Fadens? Das wäre eine der eigentlichen Fragen zu den Ausführungen oben.

Ach je, wie immer - tl dr.

.. Ist doch anspruchsvoller, als ich zu Anfang dachte ..Ich glaube, da kommt noch was auf Dich zu. Z.B.: Du bemühst Dich aktuell das (Rotations-)Trägheitsmoment zu messen. Für die Antriebsregelung Deiner Dreiräder benötigst Du die (lineare) Massenträgheit. Also - gerade statt rotierend. Da wirds wieder - hmmm - mal sehen. Dazu ne passende Frage: auf welchem Radius Deiner Messvorrichtung(Scheibe) setzt Du Dein Gefährt auf? Ok, ok, warten wirs ab.

Searcher

24.08.2023, 18:56

Wieso bekommst Du die "verfälschten" Daten wegen des elastischen Fadens? Andersrum - wieso ist der Grund für die Verfälschung die Elastizität des Fadens? Das wäre eine der eigentlichen Fragen zu den Ausführungen oben.

Ich hatte hier den Verlauf der Kurve hinterfragt

.... warum die Beschleunigungskurve zu Beginn so aussieht. Zunächst eine weitere Grafik von 4 Versuchen mit dem 210g Gewicht mit verschiedenen Aufhängelängen bis zu 20cm zur Wickelrolle. Der Faden, an dem das Gewicht zieht ist ein Faden von einer Nähgarnrolle.

https://drive.google.com/uc?export=d...v601aQX9CttB3z (https://drive.google.com/uc?export=download&id=1QndxT2PFTlBrAbQ5shv601aQX9CttB3z)

Der Graph mit 53g Senklot im vorletzten Posting steigt steil an, wird flacher und mündet in eine relativ konstanten Beschleunigung. Hier steigt er steil an, die Beschleunigung erreicht mit über 20m/s² mehr als das Doppelte der Erdbeschleunigung von 9,81m/s² Wie kann das denn sein? Das Gewicht fällt doch nur und wird nicht angetrieben. Es muß die Welle ja auch noch über die Wickelrolle antreiben. Danach fällt die Beschleunigung zurück und pendelt sich auf einen plausibelen Wert ein. ...

und geschlossen, daß es auf die Elastizität des Fadens zurückzuführen sei. Die hat aber nun nichts mit dem Trägheitsmoment zu tun und den aufgezeichneten Meßwerten damit möchte ich besser einzuordenen wissen. Das SloMo Video hat das in meinen Augen auch bestätigt.

Heute habe ich mal den 0,15mm Durchmesser Kupferdraht eingespannt und .... leider zeigt er den gleichen Knick in der Meßkurve. Allerdings habe ich den Draht dann mal gekürzt (weniger Windungen auf der Wickelrolle) und siehe da, der Knick ist weniger stark ausgeprägt. Die Wickelrolle ist glatt, so das sich das Zusammenziehen des Fadens/Drahtes nicht nur in dem frei hängenden abgewickelten Teil auswirken kann sondern anscheinend auch noch in der Rolle.

Fortsetzung folgt später: Mit Austausch der Wickelrolle gegen eine mit Gummibelag so daß der Faden nicht auf der Rolle rutschen kann. Hoffentlich kommen dann konsistentere Meßergebnisse zustande - mögen die eventuell dann auch nicht ganz richtig sein.

Du bemühst Dich aktuell das (Rotations-)Trägheitsmoment zu messen. Für die Antriebsregelung Deiner Dreiräder benötigst Du die (lineare) Massenträgheit. Also - gerade statt rotierend.
Zur Beschleunigung der trägen Masse des Dreirades muß eine Kraft zB auf den Boden ausgeübt werden.
Ich möchte das Dreirad fixieren und die Kraft des Dreiradantriebes auf die Welle über die gummibelegte Rolle ausüben.
Damit ich zu ähnlichen Verhältnissen auf der Welle/Rolle wie auf dem Boden komme, sollte die Rolle die gleiche Kraft dem Rad des Dreirades bei Beschleunigung entgegensetzen, wie es der Boden tun würde. Das tut sie mit ihrem Trägheitsmoment (und verschiedenen anderen Störgrößen)
Dazu möchte ich die Kraft bestimmen könne, die der Rolle eine bestimmte Bahnbeschleunigung verleiht. Die Kraft soll dann später von dem Dreirad Rad aufgebracht werden. Die Kraft ist dann idealerweise die Gegenkraft, die der Boden dem Dreirad bei Beschleunigung entgegenbringt. (Und damit noch idealerweiserer die Sprungantwort im Stand meßbar wird) Deshalb möchte ich das Trägheitsmoment der Rolle anpassen, so daß die aufgebrachte Gegenkraft der Rolle der Trägheitskraft des Dreirades entspricht. Für die Anpassung, denke ich, benötige ich zumindest einen nachvollziehbaren/überprüfbaren Rechenweg. Grundlage sind halt die Messungen. Und da hänge ich zur Zeit.

Der eigentliche Wert des Trägheitsmomentes ist nicht unbedingt notwendig. Dient im Augenblick aber dazu die Plausibilität der Meßwerte zu überprüfen. Ich meine, es reicht Bahnbeschleunigung und die dazu notwendige Kraft zu bestimmen um eine Anpassung des Trägheitsmoments an die eines Dreirades zu bestimmen. Das hatte ich in einem der früheren Beiträge angerissen.

Dazu ne passende Frage: auf welchem Radius Deiner Messvorrichtung(Scheibe) setzt Du Dein Gefährt auf?
Der Gedanke ist im Video des Eröffnungsposts (https://www.roboternetz.de/community/threads/78316-Me%C3%9Fstand-Sprungantwort-Prototyp?p=669078&viewfull=1#post669078) zu sehen. Radius der gummibewehrten Rolle ist ca. 25,6mm.

Gruß
Searcher