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Stabilisierung der manuellen Steuerung des invertierten Pendels

Author(s):

Hans Zellweger
Conference/Journal:

Semester/Bachelor Thesis, WS 05/06
Abstract:

Problemstellung: Es ging zuerst darum den bestehenden Fachpraktikumsversuch mit dem invertierten Pendel und einem LQR - Regler so zu modifizieren, dass dieser mit dem Model Predictive Control Regler ersetzt werden kann. Im weiteren mussten die Eingaben eines Joysticks gelesen und geeignet eingebaut werden. Messungen sollten Auskunft über den Einfluss des Zustandbeobachters bzw. des Störmodells auf die Regelgüte im Beisein von Störungen geben können.
Lösungsmethoden: Die Systemgleichungen und die Parameter wurden aus dem Praktikumsversuch übernommen. Damit die Multi Parametric Toolbox (MPT) angewendet werden durfte, musste ein diskretes System vorliegen. Mit Hilfe von Matlab wurden die Systemgleichungen mit demselben Zeitintervall wie auf xPC von 0.001 Sekunden diskretisiert. Für das diskrete System konnte nun mit Hilfe der MPT Toolbox ein Regler berechnet werden. Der Regler konnte über eine Simulink S-Function in den ursprünglichen Laborversuch eingebaut werden. Die Geschwindigkeitsvorgabe wird mit einem Joystick gemacht. Das Joysticksignal wird über ein Simulinkblock (Virtual Realtity Toolbox) eingelesen und gibt die Referenzgeschwindigkeit für das Pendel vor. Die Aufzeichnung und Ausgabe von Plots ermöglicht die Analyse und Verarbeitung der Daten.
Ergebnisse: Der MPC Regler konnte erfolgreich in das bestehende Laborexperiment mit dem inversen Pendel eingebaut werden. Es zeigte sich auch, dass der MPC Regler robuster arbeitet als der LQR Regler. Geschwindikeitsreferenzen durch den Joystick konnte der Regler erfolgreich folgen und auch das Rauschen durch den Filter konnte der MPC Regler besser ertragen. In Simulationen konnte auch gezeigt werden, dass der Beobachter noch Verbesserungspotential hat und sich ein Kalmanfilter besser eignen würde.
Ungelöste Probleme: Leider konnte der Kalmanfilter nicht erfolgreich ins Modell eingaut werden. Eine mögliche Ursache könnten sein, dass die Modellierung mit dem Reglerausgang noch nicht korrekt ist oder noch nicht vollständig erfasst wurde.

Supervisors: U. Maeder, Prof. M. Morari

Year:

2006
Type of Publication:

(13)Semester/Bachelor Thesis
Supervisor:

M. Morari

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@PhdThesis { Xxx:2006:IFA_2814
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