Ball-and-Plate Plattform (aka Kugelwippe)

[Makkeysn]

Hallo Tom,

ich bin selbst Maschinenbauer und entwickel gerade ebenfalls solch eine Plattform, allerdings als Bachelorarbeit.
Die Konstruktion ist soweit fertig, jetzt fehlt "nur" noch der Regler und die Programmierung dessen auf einem Arduino Uno.
Da ich lediglich ein Semester lang Regelungstechnik hatte, bin ich gerade etwas aufgeschmissen, wie ich das alles umgesetzt bekomme.
Ist deine Masterarbeit denn öffentlich einsehbar? Vielleicht finde ich ja einen hilfreichen Tipp, der mir aktuell weiter hilft!
Hast du den Regler mit MATLAB/Simulink ausgelegt?
Danke schon mal vorab für deine Hilfe!

Viele Grüße,
Markus

[Urinstein]

Hallo Markus,

möchtest du uns vielleicht etwas von deinem aktuellen Stand präsentieren?
Die Abschlussarbeit kann ich dir gerne zukommen lassen. Dafür benötige ich deine Mailadresse, du bekommst dann einen Dropboxlink.
Wie man Quellen referenziert hast du hoffentlich schon gelernt, falls du dich denn daraus bedienst.

Gruß Tom

[Makkeysn]

Hallo Tom,

vielen, lieben Dank für deine Hilfsbereitschaft!
Der aktuelle Stand ist der, dass ich den ersten Prototypen meiner instabilen Plattform konstruktiv fertig gestellt habe. Es fehlt also noch der Entwurf eines Reglers und die Implementierung dessen auf dem Arduino.
Ich hänge diesem Post mal ein paar Fotos an, die den momentanen Stand des Projekts zeigen.
Da ich die Arbeit selbst finanzieren muss, hatte ich auf möglichst günstige Bauteile aus China zurück gegriffen. Diese bereiten mir im Moment aber sehr viele Probleme (Aufschwingen der Plattform durch viel Spiel in den Gelenken etc.).
Zu meinem Bachground:
Ich studiere Maschinenbau, mit dem Schwerpunkt Mechatronik. Bin also kein "gelernter" Regelungstechniker, weswegen mir ein kleiner Denkanstoß in diesen Bereich bestimmt weiter helfen würde
Daher nehme ich dein Angebot gerne an und schicke dir meine Mailadresse per PN.
Die Quellenangabe ist selbstverständlich und würde meinerseits eingefügt werden, wenn ich auf deine Arbeit zurückgreife.
Danke schon mal vorab für deine Unterstützung!

Viele Grüße,

Markus

[Urinstein]

Das sieht doch schonmal ganz ordentlich aus. Den Link zur Dropbox solltest du bekommen haben.
Viel Erfolg noch bei deiner Abschlussarbeit.

[Makkeysn]

Hab ich bekommen, danke dir. Großen Respekt an dich für diese, wie ich finde sehr gelungene Abschlussarbeit!

[Urinstein]

Falls ich dir noch ein paar Tips mit auf den Weg geben darf:

1. Versuche zuerst mal nur den Sensor für die Kugelposition in Betrieb zu nehmen, den Rest kannst du hinten anstellen. Dazu bietet es sich an ein Koordinatensystem zu erstellen und auszudrucken, damit du ein paar Referenzpunkte hast um die Messungen zu validieren und den Sensor zu kalibrieren. Wie du siehst habe ich mich letztendlich dazu entschieden mein KS auf Klarsichtfolie zu drucken und in den fertigen Aufbau zu integrieren. Bild hängt unten an. Meinen Code für den Sensor kannst du übrigens nicht verwenden, der funktioniert nur für 4-/8-Wire Sensoren, deiner ist soweit ich das erkennen kann ein 5-Wire.
2. Wenn der Sensor läuft geht es weiter mit einem Code um den Plattenneigungswinkel zu steuern. Da du deine Neigungswinkel unabhängig voneinander durch zwei Servos steuerst sollte das deutlich einfacher laufen als in meiner Arbeit.
3. Wenn o.g. Punkte erfüllt sind ist der Regler auch kein Hexenwerk mehr, der bekommt die Regeldifferenz aus Sollwert und der Positionsmessung aus Punkt 1 als Eingangsgröße und liefert dir den Plattenneigungswinkel für Punkt 2 als Ausgangsgröße. Das ganze zweimal, jeweils für die X- und die Y-Richtung. Ob du dir den Regler selber schreibst oder eine Library verwendest bleibt dir überlassen.

Bild hier   Bild hier  

[Makkeysn]

Hey Tom,

vielen Dank dir für die Tipps...sind auf jeden Fall sehr hilfreich
Was mich noch interessieren würde:
Wie sah denn deine Vorrichtung zur Servokalibrierung aus?
Ich habe mir nämlich auch ewig Gedanken darüber gemacht, wie ich ich die Kalibrierung am besten durchführe, habe aber bis dato nur nach Augenmaß kalibriert.
Das Andere was ich mich gefragt habe...ist denn der Abgriff der Spannung U_pot unbedingt notwendig?
Ist es nicht möglich, das ganze so zu lösen, dass wenn ich dem Servo einen Soll-Winkel vorgebe, der Ist-Winkel nach einer kurzen Verzögerung (PT2) gleich der Soll-Winkel ist?
Ich muss dazu sagen, noch bin ich regelungstechnisch noch nicht so fit...sollte ich da was falsch verstehen, nimm's mir nicht übel
Gruß Markus

[Phenix]

Falls ich dir noch ein paar Tips mit auf den Weg geben darf:

1. Versuche zuerst mal nur den Sensor für die Kugelposition in Betrieb zu nehmen, den Rest kannst du hinten anstellen. Dazu bietet es sich an ein Koordinatensystem zu erstellen und auszudrucken, damit du ein paar Referenzpunkte hast um die Messungen zu validieren und den Sensor zu kalibrieren. Wie du siehst habe ich mich letztendlich dazu entschieden mein KS auf Klarsichtfolie zu drucken und in den fertigen Aufbau zu integrieren. Bild hängt unten an. Meinen Code für den Sensor kannst du übrigens nicht verwenden, der funktioniert nur für 4-/8-Wire Sensoren, deiner ist soweit ich das erkennen kann ein 5-Wire.
2. Wenn der Sensor läuft geht es weiter mit einem Code um den Plattenneigungswinkel zu steuern. Da du deine Neigungswinkel unabhängig voneinander durch zwei Servos steuerst sollte das deutlich einfacher laufen als in meiner Arbeit.
3. Wenn o.g. Punkte erfüllt sind ist der Regler auch kein Hexenwerk mehr, der bekommt die Regeldifferenz aus Sollwert und der Positionsmessung aus Punkt 1 als Eingangsgröße und liefert dir den Plattenneigungswinkel für Punkt 2 als Ausgangsgröße. Das ganze zweimal, jeweils für die X- und die Y-Richtung. Ob du dir den Regler selber schreibst oder eine Library verwendest bleibt dir überlassen.

Bild hier   Bild hier  

Hallo,

erstmal Glückwunsch, die Videos können sich echt sehen lassen!

Ich bin auch gerade an der Uni an einem ähnlichen Projekt dran.
Hast du zur Aufbereitung der Daten noch einen Filter verwendet (Kalman z.B.) und wie genau hast du den Regler ausgelegt?
Kannst du mir deine Arbeit auch per Mail schicken?

Beste Grüße und einen schönen Abend
Martin