Ballbalancierer - Versionsgeschichte

Leonard Herbstmann: /* Einführung */

2018-01-18T17:20:32Z

Einführung

← Nächstältere Version		Version vom 18. Januar 2018, 17:20 Uhr
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	== Einführung ==		== Einführung ==
	Der Ballbalancierer ist ein Laborversuch an dem das Verhalten verschiedener Reglertypen untersucht und erlernt werden kann. Dabei wird ein Ball auf einer Wippe balanciert. Diese wird hierbei von einem Servomotor abhängig von der aktuellen Postion des Balles in Schieflage gebracht, wodurch der Ball durch die Erdanziehungskraft beschleunigt wird und ~~beginnt~~ zu rollen.
			Der Ballbalancierer ist ein Laborversuch, an dem das Verhalten verschiedener Reglertypen untersucht und erlernt werden kann. Dabei wird ein Ball auf einer Wippe balanciert. Diese wird hierbei von einem Servomotor, abhängig von der aktuellen Postion des Balles, in Schieflage gebracht, wodurch der Ball durch die Erdanziehungskraft beschleunigt wird und zu rollen beginnt.
	An welche Sollposition auf der Wippe der Ball bei diesem Versuch gebracht werden soll, ist frei einstellbar. Außerdem kann das Verhalten von PID-Reglern an diesem Aufbau erforscht werden, da auch die Gewichtung der einzelnen Regelanteile steuerbar ist.		An welche Sollposition auf der Wippe der Ball bei diesem Versuch gebracht werden soll, ist frei einstellbar. Außerdem kann das Verhalten von PID-Reglern an diesem Aufbau erforscht werden, da auch die Gewichtung der einzelnen Regelanteile steuerbar ist.

Leonard Herbstmann: /* Versuchsaufbau */

2018-01-18T17:18:10Z

Versuchsaufbau

Tim Salinski: /* Fazit */

2014-02-13T15:51:24Z

Fazit

← Nächstältere Version		Version vom 13. Februar 2014, 15:51 Uhr
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	== Fazit ==		== Fazit ==
	Ein Projektabschluss ist aufgrund der beschriebenen Probleme bisher noch nicht erfolgt. Allerdings existieren Lösungsansätze um die aufgetretenen Herausforderungen zu bewältigen.		Ein Projektabschluss ist aufgrund der beschriebenen Probleme bisher noch nicht erfolgt. Allerdings existieren Lösungsansätze um die aufgetretenen Herausforderungen zu bewältigen.
	Das Problem mit den Sensoren ließe sich möglicherweise bereits lösen, wenn ein Ultraschall bzw. Infrarotsensor genutzt wird der besser für den Bereich 0cm - 60cm geeignet ist als die bisher vorhandenen. Denkbar wäre aber auch auf eine andere Technologie zur Entferungsmessung zu setzen. Die Laserentferungsmessung würde sich anbieten. Alternativ wäre es auch möglich eine Kugel mit elektrisch leitender Oberfläche zu verwenden und eine Spannung an die Schienen, auf denen sie sich bewegt, anzulegen. Misst man dann den Widerstand kann auf die Position der Kugel geschlossen werden.		Das Problem mit den Sensoren ließe sich möglicherweise bereits lösen, wenn ein Ultraschall bzw. Infrarotsensor genutzt wird der besser für den Bereich 0cm - 60cm geeignet ist als die bisher vorhandenen. Denkbar wäre aber auch auf eine andere Technologie zur Entferungsmessung zu setzen. Die Laserentferungsmessung würde sich anbieten. Alternativ wäre es auch möglich eine Kugel mit elektrisch leitender Oberfläche zu verwenden und eine Spannung an die Schienen, auf denen sie sich bewegt, anzulegen. Misst man dann den Widerstand kann auf die Position der Kugel geschlossen werden. Bei einem Durchmesser der beiden Aluminiumstangen von 1cm ergibt sich ein Gesamtwiderstand von 0,405 Milliohm. Möchte man eine ebenso hohe Auflösung erreichen wie mit den anderen Sensoren, müsste der Widerstand mit einer Auflösung von 6,75 Mikroohm gemessen werden.
	Der Ballbalancierer ist nun mit einem Stecker versehen durch den der Austausch der Sensoren schnell und einfach möglich ist ohne ihn weitesgehend auseinanderbauen zu müssen. Es wäre somit wohl leichter das Problem der Entfernungsmessung durch einen passenderen Sensor zu lösen als auf alternative Objekte wie z.B. den Wagen zu setzen, da in diesem Fall kein komplett neuer Regler auslegt werden müsste.		Der Ballbalancierer ist nun mit einem Stecker versehen durch den der Austausch der Sensoren schnell und einfach möglich ist ohne ihn weitesgehend auseinanderbauen zu müssen. Es wäre somit wohl leichter das Problem der Entfernungsmessung durch einen passenderen Sensor zu lösen als auf alternative Objekte wie z.B. den Wagen zu setzen, da in diesem Fall kein komplett neuer Regler auslegt werden müsste.

Tim Salinski: /* Mechanischer Aufbau */

2014-02-13T15:42:58Z

Mechanischer Aufbau

← Nächstältere Version		Version vom 13. Februar 2014, 15:42 Uhr
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	[[Datei:Ballbalancierer1.png\|300px\|thumb\|right\|Abb.1: Der Ballbalancierer]]		[[Datei:Ballbalancierer1.png\|300px\|thumb\|right\|Abb.1: Der Ballbalancierer]]
	Der mechanische Aufbau des Ballbalancierers, der in Abbildung 1 zu sehen ist, lässt sich in zwei Bereiche unterteilen. Er besteht aus einem Gehäuse und einer darauf montierten Wippe. Das Gehäuse dient als Stauraum für den Servomotor und Teile der Elektronik. Beim Servomotor handelt es sich um einen "Multiplex Rhino pro SHV digi 4" mit einem maximalen Stellmoment von 230 N/cm bei 6V Betriebsspannung. Allerdings kann der Ballbalancierer davon lediglich 192 N/cm nutzen, weil er nur mit 5V betrieben wird. Das ist aber immer noch mehr als genug, um den Wippenarm bewegen zu können selbst wenn der Ball an einem Ende Wippe liegt und so das Moment maximal wird.		Der mechanische Aufbau des Ballbalancierers, der in Abbildung 1 zu sehen ist, lässt sich in zwei Bereiche unterteilen. Er besteht aus einem Gehäuse und einer darauf montierten Wippe. Das Gehäuse dient als Stauraum für den Servomotor und Teile der Elektronik. Beim Servomotor handelt es sich um einen "Multiplex Rhino pro SHV digi 4" mit einem maximalen Stellmoment von 230 N/cm bei 6V Betriebsspannung. Allerdings kann der Ballbalancierer davon lediglich 192 N/cm nutzen, weil er nur mit 5V betrieben wird. Das ist aber immer noch mehr als genug, um den Wippenarm bewegen zu können selbst wenn der Ball an einem Ende Wippe liegt und so das Moment maximal wird.
	In der Wippe selbst sind zwei Rillenkugellager verbaut, die dafür sorgen, dass die Wippe den Winkeländerungen durch den Servomotor auch folgen kann. Außerdem besitzt sie einseitig eine Vorrichtung um einen Sensor aufnehmen zu können. Für jeden vorhandenen Sensor existiert dabei ein passendes Gehäuse, sodass diese einfach austauschbar sind.		In der Wippe selbst sind zwei Rillenkugellager verbaut, die dafür sorgen, dass die Wippe den Winkeländerungen durch den Servomotor auch folgen kann. Außerdem besitzt sie einseitig eine Vorrichtung um einen Sensor aufnehmen zu können. Für jeden vorhandenen Sensor existiert dabei ein passendes Gehäuse, sodass diese einfach austauschbar sind. Es ist ein Infrarotsensor GP2D12 und ein Ultraschallsensor HC-SR04 vorhanden.
	Außerdem sind zwei unterschiedliche Bälle vorhanden. Die Abmessungen dieser sind identisch, der Unterschied besteht lediglich im Material und folglich im Gewicht. Einer der Bälle ist aus Holz, der andere aus Styropor.		Außerdem sind zwei unterschiedliche Bälle vorhanden. Die Abmessungen dieser sind identisch, der Unterschied besteht lediglich im Material und folglich im Gewicht. Einer der Bälle ist aus Holz, der andere aus Styropor.


	=== Elektrotechnischer Aufbau ===		=== Elektrotechnischer Aufbau ===

Tim Salinski: /* Lego - Wagen */

2014-02-13T15:37:47Z

Lego - Wagen

← Nächstältere Version		Version vom 13. Februar 2014, 15:37 Uhr
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	==== Lego - Wagen ====		==== Lego - Wagen ====
	[[Datei:Legowagen.png\|300px\|thumb\|right\|Abb.5: Lego-Wagen]]		[[Datei:Legowagen.png\|300px\|thumb\|right\|Abb.5: Lego-Wagen]]
	Da die Kugel wie oben beschrieben nur schlecht für die Erfassung durch einen Ultraschallsensor geeignet ist, liegt Idee nahe diese einfach durch etwas anderes zu ersetzen. Baut man beispielsweise aus Lego einen Wagen, der in der Mitte eine ebene Fläche besitzt, die senkrecht zu den ausgesendeten Ultraschallwellen verläuft, kann man das Problem mit der Kugelgeometrie umgehen. Abbildung ~~???~~ zeigt ein Beispiel für einen solchen Wagen.		Da die Kugel wie oben beschrieben nur schlecht für die Erfassung durch einen Ultraschallsensor geeignet ist, liegt Idee nahe diese einfach durch etwas anderes zu ersetzen. Baut man beispielsweise aus Lego einen Wagen, der in der Mitte eine ebene Fläche besitzt, die senkrecht zu den ausgesendeten Ultraschallwellen verläuft, kann man das Problem mit der Kugelgeometrie umgehen. Abbildung 5 zeigt ein Beispiel für einen solchen Wagen.
	Allerdings weist auch dieser Schwachstellen auf. Eine davon besteht darin, dass der Wagen natürlich nicht gleichen Eigenschaften besitzt wie die Kugel. Die unter "Wichtige Größen des Systems" aufgeführten Größen sind teilweise auf den Wagen gar nicht anwendbar wie z.B. der Radius oder deutlich schwieriger zu bestimmen wie z.B. das Massenträgheitsmoment. Der unter "Theoretische Lösung" aufgezeigte Ansatz für einen PID-Regler ist also auf einen Wagen so gar nicht anzuwenden. Es müsste ein neuer Regler für den Wagen ausgelegt werden.		Allerdings weist auch dieser Schwachstellen auf. Eine davon besteht darin, dass der Wagen natürlich nicht gleichen Eigenschaften besitzt wie die Kugel. Die unter "Wichtige Größen des Systems" aufgeführten Größen sind teilweise auf den Wagen gar nicht anwendbar wie z.B. der Radius oder deutlich schwieriger zu bestimmen wie z.B. das Massenträgheitsmoment. Der unter "Theoretische Lösung" aufgezeigte Ansatz für einen PID-Regler ist also auf einen Wagen so gar nicht anzuwenden. Es müsste ein neuer Regler für den Wagen ausgelegt werden.
	Außerdem hat der Wagen noch weitere mechanische Schwachstellen. Er rollt deutlich schlechter als die Kugel auf den Schienen, sodass es mitunter passieren kann, dass er sich verkantet und sich ohne Eingriff von außen gar nicht mehr bewegt. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Wagen von den Schienen herunterfällt, wenn der Servomotor, aufgrund einer großen Regeldifferenz, einen großen Weg fährt, während der Wagen sich fast an einem Ende des Wippenarm befindet.		Außerdem hat der Wagen noch weitere mechanische Schwachstellen. Er rollt deutlich schlechter als die Kugel auf den Schienen, sodass es mitunter passieren kann, dass er sich verkantet und sich ohne Eingriff von außen gar nicht mehr bewegt. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Wagen von den Schienen herunterfällt, wenn der Servomotor, aufgrund einer großen Regeldifferenz, einen großen Weg fährt, während der Wagen sich fast an einem Ende des Wippenarm befindet.

Tim Salinski: /* Regelungstechnische Herausforderungen */

2014-02-13T15:37:12Z

Regelungstechnische Herausforderungen

← Nächstältere Version		Version vom 13. Februar 2014, 15:37 Uhr
Zeile 55:		Zeile 55:
	=== Mechanische Herausforderungen ===		=== Mechanische Herausforderungen ===
	==== Kugel ====		==== Kugel ====
	[[Datei:Ball.jpg\|150px\|thumb\|right\|Abb.: Holzkugel]]		[[Datei:Ball.jpg\|150px\|thumb\|right\|Abb.4: Holzkugel]]
	Eine Herausforderung bestand darin mit den gegebenen geometrischen Eigenschaften der Kugel zurecht zu kommen. Diese sind Ursache für ein sensortechnisches Problem. Um dies zu erläutern ist es wichtig die Funktionsweise eines Ultraschallsensors verstanden zu haben.		Eine Herausforderung bestand darin mit den gegebenen geometrischen Eigenschaften der Kugel zurecht zu kommen. Diese sind Ursache für ein sensortechnisches Problem. Um dies zu erläutern ist es wichtig die Funktionsweise eines Ultraschallsensors verstanden zu haben.
	Ein Ultraschallsensor besteht aus einem Sender und einem Empänger. Beide verfügen über eine Membran, die zum Schwingen angeregt werden kann. Möchte man eine Messung durchführen, so regt man die Membran die Membran des Senders dazu an in einer bestimmten Frequenz zu schwingen. Dabei entstehen Wellen, die sich abhängig von der Bauform des Sensors kegelförmig im Raum ausbreiten. Treffen sie dabei auf ein Objekt, werden sie von diesem reflektiert und treffen auf ihrem Rückweg auf den Ultraschallempfänger. Dessen Membran beginnt dabei ebenfalls zu schwingen was erfasst und in ein eletrisches Signal umgewandelt wird. Über die Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden der Schallwellen und dem Moment des Wiederauftreffens auf die Empfängermembran kann bei bekannter Schallgeschwindigkeit auf den Abstand zum Objekt geschlossen werden von dem die Schallwellen reflektiert wurden.		Ein Ultraschallsensor besteht aus einem Sender und einem Empänger. Beide verfügen über eine Membran, die zum Schwingen angeregt werden kann. Möchte man eine Messung durchführen, so regt man die Membran die Membran des Senders dazu an in einer bestimmten Frequenz zu schwingen. Dabei entstehen Wellen, die sich abhängig von der Bauform des Sensors kegelförmig im Raum ausbreiten. Treffen sie dabei auf ein Objekt, werden sie von diesem reflektiert und treffen auf ihrem Rückweg auf den Ultraschallempfänger. Dessen Membran beginnt dabei ebenfalls zu schwingen was erfasst und in ein eletrisches Signal umgewandelt wird. Über die Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden der Schallwellen und dem Moment des Wiederauftreffens auf die Empfängermembran kann bei bekannter Schallgeschwindigkeit auf den Abstand zum Objekt geschlossen werden von dem die Schallwellen reflektiert wurden.
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	==== Lego - Wagen ====		==== Lego - Wagen ====
	[[Datei:Legowagen.png\|300px\|thumb\|right\|Abb.: Lego-Wagen]]		[[Datei:Legowagen.png\|300px\|thumb\|right\|Abb.5: Lego-Wagen]]
	Da die Kugel wie oben beschrieben nur schlecht für die Erfassung durch einen Ultraschallsensor geeignet ist, liegt Idee nahe diese einfach durch etwas anderes zu ersetzen. Baut man beispielsweise aus Lego einen Wagen, der in der Mitte eine ebene Fläche besitzt, die senkrecht zu den ausgesendeten Ultraschallwellen verläuft, kann man das Problem mit der Kugelgeometrie umgehen. Abbildung ??? zeigt ein Beispiel für einen solchen Wagen.		Da die Kugel wie oben beschrieben nur schlecht für die Erfassung durch einen Ultraschallsensor geeignet ist, liegt Idee nahe diese einfach durch etwas anderes zu ersetzen. Baut man beispielsweise aus Lego einen Wagen, der in der Mitte eine ebene Fläche besitzt, die senkrecht zu den ausgesendeten Ultraschallwellen verläuft, kann man das Problem mit der Kugelgeometrie umgehen. Abbildung ??? zeigt ein Beispiel für einen solchen Wagen.
	Allerdings weist auch dieser Schwachstellen auf. Eine davon besteht darin, dass der Wagen natürlich nicht gleichen Eigenschaften besitzt wie die Kugel. Die unter "Wichtige Größen des Systems" aufgeführten Größen sind teilweise auf den Wagen gar nicht anwendbar wie z.B. der Radius oder deutlich schwieriger zu bestimmen wie z.B. das Massenträgheitsmoment. Der unter "Theoretische Lösung" aufgezeigte Ansatz für einen PID-Regler ist also auf einen Wagen so gar nicht anzuwenden. Es müsste ein neuer Regler für den Wagen ausgelegt werden.		Allerdings weist auch dieser Schwachstellen auf. Eine davon besteht darin, dass der Wagen natürlich nicht gleichen Eigenschaften besitzt wie die Kugel. Die unter "Wichtige Größen des Systems" aufgeführten Größen sind teilweise auf den Wagen gar nicht anwendbar wie z.B. der Radius oder deutlich schwieriger zu bestimmen wie z.B. das Massenträgheitsmoment. Der unter "Theoretische Lösung" aufgezeigte Ansatz für einen PID-Regler ist also auf einen Wagen so gar nicht anzuwenden. Es müsste ein neuer Regler für den Wagen ausgelegt werden.
Zeile 73:		Zeile 73:
	=== Sensortechnische Herausforderungen ===		=== Sensortechnische Herausforderungen ===
	==== Ultraschallsensor ====		==== Ultraschallsensor ====
	[[Datei:Ballbalancierer3.png\|400px\|thumb\|right\|Abb.?: Messwerte des Ultraschallsensors mit einer Kugel]]		[[Datei:Ballbalancierer3.png\|400px\|thumb\|right\|Abb.6: Messwerte des Ultraschallsensors mit einer Kugel]]
	Der Ultraschallsensor weist nicht nur, wie bereits erläutert, Probleme mit dem Erkennen eines Balles auf, sondern sorgt auch überdies hinaus für Schwierigkeiten. Laut Datenblatt ist der Ultraschallsensor in der Lage Objekte bis zu einer entferung von 3m zu erkennen. Dabei funktioniert er auf kurze Distanz besser als auf lange Entfernungen. Dem Datenblatt zufolge erstreckt sich dieser Bereich in dem der Sensor gut funktioniert über die ersten 30cm, bei größeren Abständen nimmt das Messrauschen stark zu. Dieses Verhalten wird durch Abbildung ~~???~~ bestätigt. Dabei wurde der wahre Abstand zum Objekt in Schritten von jeweils 5cm erhöht und gegen die Messwerte des Sensors dargestellt. Hierbei ist zu erwähnen, dass in der Grafik oft der Wert 61cm angegeben ist, was leicht über der gesamten Länge des Wippenarms liegt. In diesen Fällen lieferte der Sensor überhaupt kein konstantes Ergebnis. Es wurden dabei teilweise Messwerte von über 30m vom ausgegeben.		Der Ultraschallsensor weist nicht nur, wie bereits erläutert, Probleme mit dem Erkennen eines Balles auf, sondern sorgt auch überdies hinaus für Schwierigkeiten. Laut Datenblatt ist der Ultraschallsensor in der Lage Objekte bis zu einer entferung von 3m zu erkennen. Dabei funktioniert er auf kurze Distanz besser als auf lange Entfernungen. Dem Datenblatt zufolge erstreckt sich dieser Bereich in dem der Sensor gut funktioniert über die ersten 30cm, bei größeren Abständen nimmt das Messrauschen stark zu. Dieses Verhalten wird durch Abbildung 6 bestätigt. Dabei wurde der wahre Abstand zum Objekt in Schritten von jeweils 5cm erhöht und gegen die Messwerte des Sensors dargestellt. Hierbei ist zu erwähnen, dass in der Grafik oft der Wert 61cm angegeben ist, was leicht über der gesamten Länge des Wippenarms liegt. In diesen Fällen lieferte der Sensor überhaupt kein konstantes Ergebnis. Es wurden dabei teilweise Messwerte von über 30m vom ausgegeben.

	Auswirkungen dieses Problems war, dass auf der zweiten Hälfte des Wippenarms kaum eine Regelung möglich war.		Auswirkungen dieses Problems war, dass auf der zweiten Hälfte des Wippenarms kaum eine Regelung möglich war.

Tim Salinski: /* Ultraschallsensor */

2014-02-13T15:36:25Z

Ultraschallsensor

← Nächstältere Version		Version vom 13. Februar 2014, 15:36 Uhr
Zeile 73:		Zeile 73:
	=== Sensortechnische Herausforderungen ===		=== Sensortechnische Herausforderungen ===
	==== Ultraschallsensor ====		==== Ultraschallsensor ====
	[[Datei:Ballbalancierer3.png\|400px\|thumb\|right\|Abb.?: Messwerte des Ultraschallsensors]]		[[Datei:Ballbalancierer3.png\|400px\|thumb\|right\|Abb.?: Messwerte des Ultraschallsensors mit einer Kugel]]
	Der Ultraschallsensor weist nicht nur, wie bereits erläutert, Probleme mit dem Erkennen eines Balles auf, sondern sorgt auch überdies hinaus für Schwierigkeiten. Laut Datenblatt ist der Ultraschallsensor in der Lage Objekte bis zu einer entferung von 3m zu erkennen. Dabei funktioniert er auf kurze Distanz besser als auf lange Entfernungen. Dem Datenblatt zufolge erstreckt sich dieser Bereich in dem der Sensor gut funktioniert über die ersten 30cm, bei größeren Abständen nimmt das Messrauschen stark zu. Dieses Verhalten wird durch Abbildung ??? bestätigt. Dabei wurde der wahre Abstand zum Objekt in Schritten von jeweils 5cm erhöht und gegen die Messwerte des Sensors dargestellt. Hierbei ist zu erwähnen, dass in der Grafik oft der Wert 61cm angegeben ist, was leicht über der gesamten Länge des Wippenarms liegt. In diesen Fällen lieferte der Sensor überhaupt kein konstantes Ergebnis. Es wurden dabei teilweise Messwerte von über 30m vom ausgegeben.		Der Ultraschallsensor weist nicht nur, wie bereits erläutert, Probleme mit dem Erkennen eines Balles auf, sondern sorgt auch überdies hinaus für Schwierigkeiten. Laut Datenblatt ist der Ultraschallsensor in der Lage Objekte bis zu einer entferung von 3m zu erkennen. Dabei funktioniert er auf kurze Distanz besser als auf lange Entfernungen. Dem Datenblatt zufolge erstreckt sich dieser Bereich in dem der Sensor gut funktioniert über die ersten 30cm, bei größeren Abständen nimmt das Messrauschen stark zu. Dieses Verhalten wird durch Abbildung ??? bestätigt. Dabei wurde der wahre Abstand zum Objekt in Schritten von jeweils 5cm erhöht und gegen die Messwerte des Sensors dargestellt. Hierbei ist zu erwähnen, dass in der Grafik oft der Wert 61cm angegeben ist, was leicht über der gesamten Länge des Wippenarms liegt. In diesen Fällen lieferte der Sensor überhaupt kein konstantes Ergebnis. Es wurden dabei teilweise Messwerte von über 30m vom ausgegeben.

	Auswirkungen dieses Problems war, dass auf der zweiten Hälfte des Wippenarms kaum eine Regelung möglich war.		Auswirkungen dieses Problems war, dass auf der zweiten Hälfte des Wippenarms kaum eine Regelung möglich war.


	==== Infrarotsensor ====		==== Infrarotsensor ====

Mirekgoebel: /* Verbesserungsvorschläge zum Artikel */

2014-02-01T13:14:00Z

Verbesserungsvorschläge zum Artikel

← Nächstältere Version		Version vom 1. Februar 2014, 13:14 Uhr
Zeile 131:		Zeile 131:
	* Falsch: "ergibt den einzustellenden Neigungswinkel". ... ergibt die Regeldifferenz = Regelfehler!		* Falsch: "ergibt den einzustellenden Neigungswinkel". ... ergibt die Regeldifferenz = Regelfehler!
	* Der Regler bestimmt dann den den Servowinkel		* Der Regler bestimmt dann den den Servowinkel
			* Zeigen Sie die Messwerte eines Ultraschallsensors beim Detektieren einer Kugel!
			* Datenblatt des Sensors verlinken/ablegen!
			* Gegen welches Objekt haben Sie gemessen (bei Ihrem Diagramm)?
			* Alternative mit Widerstandsmessung als Abschätzung aufzeigen! Mit welcher Genauigkeit müsste der Widerstand gemessen werden?
			* Verweisen Sie jeweils an den Stellen im Text auf die Quellen, an denen Sie diese verwendet haben!

Mirekgoebel: /* Verbesserungsvorschläge zum Artikel */

2014-02-01T13:03:50Z

Verbesserungsvorschläge zum Artikel

← Nächstältere Version		Version vom 1. Februar 2014, 13:03 Uhr
Zeile 120:		Zeile 120:

	[[Benutzer:Mirekgoebel\| Prof. Dr. Mirek Göbel]] am 31. Jan. 2014:		[[Benutzer:Mirekgoebel\| Prof. Dr. Mirek Göbel]] am 31. Jan. 2014:
			* Verwenden Sie bitte Kommatar!
	* Die "Anregung" erfolgt außerdem (oder insbesondere) durch Schiefstellen des gesamten Aufbaus! Der Servo ist dann dafür da, um die Störung dann "auszuregeln" und den Ball in die Wunschlage zu bringen!		* Die "Anregung" erfolgt außerdem (oder insbesondere) durch Schiefstellen des gesamten Aufbaus! Der Servo ist dann dafür da, um die Störung dann "auszuregeln" und den Ball in die Wunschlage zu bringen!
	* Mech. Aufbau: Welche Sensoren sind denn vorhanden?		* Mech. Aufbau: Welche Sensoren sind denn vorhanden?
	* Bitte richtige Malpunkte verwenden! $a \cdot b$		* Bitte richtige Malpunkte verwenden! <math>a \cdot b</math>
			* Bitte die Originaldatei (Quelldatei) für das Bild des Ballbalancierers für eventuelle spätere Änderungen zusätzlich einfügen
			* besser erklären, was <math>a</math> ist
			* Herleitung bitte nicht als Fließtext! Diese ist so schlecht nachvollziehbar.
			* was ist <math>S</math>? Meinen Sie die Laplace-Variable <math>s</math>?
			* Den Winkel Phi bitte mit richtigem Zeichen im Bild darstellen!
			* Falsch: "ergibt den einzustellenden Neigungswinkel". ... ergibt die Regeldifferenz = Regelfehler!
			* Der Regler bestimmt dann den den Servowinkel

Mirekgoebel: /* Feedback und Verbesserungsvorschläge zum Artikel */

2014-02-01T12:49:25Z

Feedback und Verbesserungsvorschläge zum Artikel

← Nächstältere Version		Version vom 1. Februar 2014, 12:49 Uhr
Zeile 105:		Zeile 105:
	[http://www.youtube.com/watch?v=SGqZct6AtOU]		[http://www.youtube.com/watch?v=SGqZct6AtOU]

	== ~~Feedback und~~ Verbesserungsvorschläge zum Artikel ==		== Verbesserungsvorschläge zum Artikel ==


			[[Benutzer:Ulrich Schneider\| Prof. Dr. Ulrich Schneider]] am 31. Jan. 2014:
	* Korrigieren Sie die zahlreichen orthographischen Fehler.		* Korrigieren Sie die zahlreichen orthographischen Fehler.
	* Artikel ist hinter leerer Seite versteckt. Bitte lösen.		* Artikel ist hinter leerer Seite versteckt. Bitte lösen.
Zeile 114:		Zeile 117:
	* Herleitung der verwendeten Regelstrecke und des Reglers fehlt.		* Herleitung der verwendeten Regelstrecke und des Reglers fehlt.
	* Setzen Sie die Formeln mit LaTeX befehlen.		* Setzen Sie die Formeln mit LaTeX befehlen.


			[[Benutzer:Mirekgoebel\| Prof. Dr. Mirek Göbel]] am 31. Jan. 2014:
			* Die "Anregung" erfolgt außerdem (oder insbesondere) durch Schiefstellen des gesamten Aufbaus! Der Servo ist dann dafür da, um die Störung dann "auszuregeln" und den Ball in die Wunschlage zu bringen!
			* Mech. Aufbau: Welche Sensoren sind denn vorhanden?
			* Bitte richtige Malpunkte verwenden! $a \cdot b$

← Nächstältere Version		Version vom 18. Januar 2018, 17:18 Uhr
Zeile 4:		Zeile 4:
	An welche Sollposition auf der Wippe der Ball bei diesem Versuch gebracht werden soll, ist frei einstellbar. Außerdem kann das Verhalten von PID-Reglern an diesem Aufbau erforscht werden, da auch die Gewichtung der einzelnen Regelanteile steuerbar ist.		An welche Sollposition auf der Wippe der Ball bei diesem Versuch gebracht werden soll, ist frei einstellbar. Außerdem kann das Verhalten von PID-Reglern an diesem Aufbau erforscht werden, da auch die Gewichtung der einzelnen Regelanteile steuerbar ist.

	== ~~Versuchsaufabu~~ ==		== Versuchsaufbau ==

	=== Mechanischer Aufbau ===		=== Mechanischer Aufbau ===

	[[Datei:Ballbalancierer1.png\|300px\|thumb\|right\|Abb.1: Der Ballbalancierer]]		[[Datei:Ballbalancierer1.png\|300px\|thumb\|right\|Abb.1: Der Ballbalancierer]]
	Der mechanische Aufbau des Ballbalancierers, der in Abbildung 1 zu sehen ist, lässt sich in zwei Bereiche unterteilen. Er besteht aus einem Gehäuse und einer darauf montierten Wippe. Das Gehäuse dient als Stauraum für den Servomotor und Teile der Elektronik. Beim Servomotor handelt es sich um einen "Multiplex Rhino pro SHV digi 4" mit einem maximalen Stellmoment von 230 N/cm bei 6V Betriebsspannung. Allerdings kann der Ballbalancierer davon lediglich 192 N/cm nutzen, weil er nur mit 5V betrieben wird. Das ist aber immer noch mehr als genug, um den Wippenarm bewegen zu können selbst wenn der Ball an einem Ende Wippe liegt und so das Moment maximal wird.		Der mechanische Aufbau des Ballbalancierers, der in Abbildung 1 zu sehen ist, lässt sich in zwei Bereiche unterteilen. Er besteht aus einem Gehäuse und einer darauf montierten Wippe. Das Gehäuse dient als Stauraum für den Servomotor und Teile der Elektronik. Beim Servomotor handelt es sich um einen "Multiplex Rhino pro SHV digi 4" mit einem maximalen Stellmoment von 230 N/cm bei 6V Betriebsspannung. Allerdings kann der Ballbalancierer davon lediglich 192 N/cm nutzen, weil er nur mit 5V betrieben wird. Das ist aber immer noch mehr als genug, um den Wippenarm bewegen zu können selbst wenn der Ball an einem Ende Wippe liegt und so das Moment maximal wird.
	In der Wippe selbst sind zwei Rillenkugellager verbaut, die dafür sorgen, dass die Wippe den Winkeländerungen durch den Servomotor auch folgen kann. Außerdem besitzt sie einseitig eine Vorrichtung um einen Sensor aufnehmen zu können. Für jeden vorhandenen Sensor existiert dabei ein passendes Gehäuse, sodass diese einfach austauschbar sind. Es ~~ist ein Infrarotsensor GP2D12~~ und ein Ultraschallsensor HC-SR04 vorhanden.		In der Wippe selbst sind zwei Rillenkugellager verbaut, die dafür sorgen, dass die Wippe den Winkeländerungen durch den Servomotor auch folgen kann. Außerdem besitzt sie einseitig eine Vorrichtung um einen Sensor aufnehmen zu können. Für jeden vorhandenen Sensor existiert dabei ein passendes Gehäuse, sodass diese einfach austauschbar sind. Es sind zwei Infrarotsensoren Sharp GP2Y0A21 und ein Ultraschallsensor HC-SR04 vorhanden.
	Außerdem sind ~~zwei~~ unterschiedliche Bälle vorhanden. ~~Die Abmessungen dieser sind identisch, der~~ Unterschied besteht ~~lediglich~~ im Material und folglich im Gewicht. Einer der Bälle ist aus Holz, ~~der~~ andere aus Styropor.		Außerdem sind drei unterschiedliche Bälle vorhanden. Der Unterschied besteht im Material und folglich im Gewicht. Einer der Bälle ist aus Holz, die andere aus Styropor, die Styroporbälle sind außerdem unterschiedlich groß.


	=== Elektrotechnischer Aufbau ===		=== Elektrotechnischer Aufbau ===

	Der Ballbalancierer verfügt über drei verschiedene Baugruppen, die elektronisch steuerbar sind.		Der Ballbalancierer verfügt über drei verschiedene Baugruppen, die elektronisch steuerbar sind.
	- 3 LED : Dienen zum Anzeigen verschiedener Status wie z.B., dass das Gerät eingeschaltet ist oder der Ball sich aktuell in Sollposition befindet		- 3 LED : Dienen zum Anzeigen verschiedener Status wie z.B., dass das Gerät eingeschaltet ist oder der Ball sich aktuell in Sollposition befindet
	- 4 Potentiometer: Jeweils 1, um die Gewichtung eines Teils des PID-Reglers zu steuern und 1 um die Sollposition des Balles festzulegen		- 4 Potentiometer: Jeweils einer, um die Gewichtung eines Teils des PID-Reglers zu steuern und einer um die Sollposition des Balles festzulegen
	- 1 Servomotor : Setzt die Befehle des Reglers in Stellwinkel um und balanciert so den Ball in Sollposition.		- 1 Servomotor : Setzt die Befehle des Reglers in Stellwinkel um und balanciert so den Ball in Sollposition.
	[[Datei:Ballbalancierer2.png\|500px\|thumb\|right\|Abb.2: Schaltplan des Ballbalancierers]]		[[Datei:Ballbalancierer2.png\|500px\|thumb\|right\|Abb.2: Schaltplan des Ballbalancierers]]

	Der Ballbalancierer verfügt zudem noch über ~~zwei~~ Sensoren mit denen die Position des Balles auf der Wippe bestimmt werden kann. Es handelt sich um einen Ultraschallsensor und ~~einen Infrarotsensor~~, von denen immer nur ~~einer~~ verwendet werden kann. Außerdem besitzt der Ballbalancierer einen 50-poligen Stecker. Die einzelnen Bauelemente belegen dabei wie in Abbildung 2 zu sehen ist die entsprechenden Pins. Über diesen Stecker ist der Ballbalancierer mit einem Arduino Uno verbunden. Dieser steuert den Ballbalancierer gemäß dem auf ihm gespeicherten Regler. Zur Entwicklung oder Verbesserung von Regelungsalgorithmen eine Programmierung mit Matlab Simulink oder der Arduino Entwicklungsumgebung zu empfehlen.		Der Ballbalancierer verfügt zudem noch über drei Sensoren, mit denen die Position des Balles auf der Wippe bestimmt werden kann. Es handelt sich um einen Ultraschallsensor und zwei Infrarotsensoren, von denen immer nur eine Sensorart verwendet werden kann. Außerdem besitzt der Ballbalancierer einen 50-poligen Stecker. Die einzelnen Bauelemente belegen dabei wie in Abbildung 2 zu sehen ist die entsprechenden Pins. Über diesen Stecker ist der Ballbalancierer mit einem Arduino Uno verbunden. Dieser steuert den Ballbalancierer gemäß dem auf ihm gespeicherten Regler. Zur Entwicklung oder Verbesserung von Regelungsalgorithmen ist eine Programmierung mit Matlab Simulink oder der Arduino Entwicklungsumgebung zu empfehlen.


	=== Wichtige Größen des Systems ===		=== Wichtige Größen des Systems ===

	Um einen Regler für das System entwickeln zu können ist wichtig zu wissen welche Größen das System charakterisieren. Erst dadurch kann erreicht werden, dass sich das entwickelte Modell physikalisch so verhält wie die Realität. Verwendet man die Holzkugel sind folgende Werte von Bedeutung:		Um einen Regler für das System entwickeln zu können ist wichtig zu wissen welche Größen das System charakterisieren. Erst dadurch kann erreicht werden, dass sich das entwickelte Modell physikalisch so verhält wie die Realität. Verwendet man die Holzkugel sind folgende Werte von Bedeutung:
	- m = 0,124kg : Gewicht der Kugel (Holz)		- m = 0,124kg : Gewicht der Kugel (Holz)