Hallo Freunde, seit nun vielen Jahren arbeite ich an meinem Projekt des „Schwimmenden Roboters”, einem Modellsegelboot, angelehnt an die Segelboote der J-Klasse, welche die ganz Reichen zu Beginn des letzten Jahrhunderts bauen liessen. Im Zusammenhang mit diesem Projekt habe ich vor jetzt schon einer ganzen Menge Jahren mit Microcontroller beschäftigt und damals die Produkte von „RobotikHardware.de” fleissig eingesetzt. Ziel bei diesem Projekt ist es ihn als „Roten Faden” zu betrachten, welcher mich mit den unterschiedlichsten Technologien in Berührung gebracht hat und sicher weiter bringen wird.
Im Rahmen dieses Projektes habe ich mir ein eigenes system zur Schotsteuerung ausgedacht, dass sind jene „Seile” durch welche man die Bewegung der Segel kontrolliert. Meine Herausforderung ist es, wie beim Original, die Schot, welche dort 6x vom Deck zum Baum und zurückgeht, so zu steuern, dass ich einerseits die für den Modellbau enorme verstelllänge der Schot von etwa 840 cm ermögliche, andererseits auch verhindere das lose Schot sich auf Deck oder sonstwo verhakt oder verknotet. Zu guter letzt soll das System auch die best mögliche Energieeffizienz erreichen. Nun setze ich hier einen großen Hybrid-Schrittmotor ein, welcher durch ICs der Firma Trinamic aus Hamburg gesteuert wird. Schon beim Reflektieren über das System bei meinen täglichen Sparziergängen mit dem Hund kam ich auf mehrere Aspekte die einerseits einen großen Einfluss auf das Systemdesign haben werden, aber auch darauf, dass es im system versteckt wohlmöglich weitere wichtige aspekte geben kann die ich entweder noch nicht erfasst habe, oder wo ich die Tragweite von Entscheidungen nicht wirklich qualitativ und quantitativ auch experimentell schlecht überprüfen kann. Natürlich kann man das system einfach bauen und sehn was passiert!
Ich bin also irgendwann auf Matlab und Simulink gestoßen und festgestellt, dass man mit einem solchen Werkzeug auch Fragen klären könnte, welche die Hinweise von anderen Schiffsmodellbauern warum das System nicht funktionieren wird zu untersuchen. Diese hervorragenden und mächtigen Werkzeuge, absolut vergleichbar sind auch Maple und MapleSim, haben aber die lästige Eigenschaft extrem teuer zu sein und Privatpersonen, außer sie schreiben sich zu diesem Zweck an der Uni ein wo es Studentenlizenzen billig bis kostenlos für die dauer des Studiums gibt. So bin ich nun seit einiger Zeit dabei zu prüfen ob die Produkte aus dem Hause Wolfram, Mathematica und SystemModeler, von welchen man sich nicht kommerzielle Lizenzen zu vertretbaren Preisen als Privatperson leisten kann. Leider ist die hier verfügbare Dokumentation davon geprägt den einsatz der Software in der traditionellen Weise zu beschreiben. Mir schwebt vor eigentlich so was wie „Hardware-in-the-loop” und „Software-in-the-loop” zu verwenden, die dann durch die Fähigkeiten von Mathematica und SystemModeler ergänzt, die interessanten Möglichkeiten der Simulation und Verifikation dafür z nutzen einerseits das System sehr exakt zu modellieren, wodurch mein Verständnis des Systems zur Schotsteuerung hinreichend vertieft werden kann. Auf der anderen Seite kann man die Modelle dort mit Daten aus den externen hardware und Softwaresystemen füttern, wie auch aus den Messungen von Experimenten.
Ich bin der Meinung das Wolfram mit seinen 2 Produkten diesen in der Zukunft großen Markt sich eröffenen will, aber doch noch sehr in den Kinderschuhen steht, vergleicht man es mit der Produktreife der anderen 2 Anbietern. Diese Situation fördert aber die Bedeutung der Sprache und Programmierumgebung von „Modelica” und ihrem zusammenspiel mit dem Produkten von Wolfram. Wer sich über „Modelica” informieren will, der findet bei OpenModelica.org sowohl die kostenlose Software, wie auch umfangreiche Informationen. Man findet aber auch schön aufgearbeitete Informationen wenn man im Web bei MapleSim sich informiert. Dort lernt man auch über die Unterschiede und Vorteile/Nachteile von „kausalen” und „akausalen” Objekten in der Modellierung von Systemen. Ich war auf der Messe Electronica hier in München und musste feststellen, dass die Kenntnis über die Technik des Design durch Modellierung noch nicht vorhanden ist und wurde so mit der Frage konfrontiert, was wäre hier neu und komplett anders als bei der Modellierung mit Spice? Die Antwort in aller Kürze addressiert 2 Aspekte. Erstens erlaubt die Technik durch Modellierung die Modellierung von Systemen die unterschiedliche technische Domains verwenden, also z.B. Elektronik und Mechanik, und/oder Pneumatik und Hydraulik, Thermodynamik, usw.. Die Objekte werden über sogenannte "connectors verbunden. Der zweite Aspekt, und das kommt letztlich ganz wesentlich von „Modelica”, können Systeme auf die traditionelle Weise mit „kausalen” Objekten beschrieben werden, aber eben auch mit „akausalen” Objekten. Kausale Objekte sind Elemente einer Systemmodellierung, wo es eine „Flussrichtung” gibt, also ein definiertes Input, es erfolgt eine bearbeitung und als Ergebnis entsteht ein Output, ganz traditionelle aus der Regelungstechnik bekannte Sachverhalte. Bei akausalen Objekten gibt es keine Flussrichtung. Vedeutlichen tue ich diesen Unterschied gerne durch das Beispiel einer einfachen Schaltung, welche einen Gleichstrommotor betätigt. ich lege eine Spannungsversorgung an einen Motor und dieser wandelt die elektrische Energie in eine Drehbewegung und ein Drehmoment um. Trenne ich diese schaltung von der Spannungsquelle und drehe die Motorachse, so wird der Motor zum Generator. Eine kausale Schaltungsmodellierung für den fall einer Betätigung des Gleichstrommotors durch Anlegen einer Spannungsversorgung könnte so nicht verwendet werden den 2. fall zu modellieren. Realisiert man die Schaltung aber mit akausalen Objekten, dann ist auch der 2. Fall für die Schaltungsmodellierung weitestgehend wiederverwendbar. Die Verwendung von akausalen Elementen in einer Schaltungsmodellierung, gerade auch wenn diese unterschiedliche Domains abdeckt stellt aber besondere Anforderungen an die Umgebung in welcher die Modellierung abgearbeitet wird
Wer sich ein wenig in die auf der Webseite von Trinamic verfügbaren Informationen umschaut und dazu die Videos z.B. in ihrem YouTube-kanal anschaut, der wird feststellen, dass die produkte und die IDE von Trinamic es möglicht macht Steuerparameter z setzen, welche einen gewaltigen Einfluss auf den Betrieb eines Schrittmotors haben, von welchen man sonst praktisch nirgendwo was liest oder hört und welche aber sowohl für die mechanische Funktion des Schrittmotors in meiner Schotsteuerung eines gewaltigen Einfluss haben, aber eben auch auf die Energieeffizienz.
In diesem ersten beitrag möchte ich feststellen, ob es hier im Forum Personen gibt die mit der Technik des Designs durch Modellierung sich auskennen oder aber nur ein Interesse haben sich damit zu beschäftigen.
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