SoSe2024 - Sensoren (SEN) und Signalaufbereitung (SAB): Unterschied zwischen den Versionen

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[[Datei:SEN SAB.jpg|thumb|rigth|550px|Abb. 1: Sensoren (SEN) und Signalaufbereitung (SAB)]]
[[Datei:SEN SAB.jpg|thumb|rigth|550px|Abb. 1: Sensoren (SEN) und Signalaufbereitung (SAB)]]
'''Autor:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]<br>
'''Autor:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]<br>
'''Workshop 3:''' Sensoren in Simulink (SEN) und Signalaufbereitung (SAB)<br>  
'''Workshop 2:''' Sensoren in Simulink (SEN) und Signalaufbereitung (SAB)<br>  
'''Workshoptermin''': 05.04.2023<br>  
'''Workshoptermin''': 25.04.2024<br>  
'''Lernzielkontrolle 1''': 20.04.2023<br>
'''Lernzielkontrolle 1''': 02.05.2024
'''Abgabe als Wiki-Artikel''': 27.04.2023
 
 
== Einleitung ==
Die Workshops im SDE Praktikum sollen die Studierenden das praktische Arbeiten in einem Mechatroniklabor im Bereich modellbasierte Entwicklung mit MATLAB/Simulink und DSpace Hardware DS1104/ControlDesk vermitteln. Der Umgang soll in der Selbstlernzeit geübt werden.


== Lernziele ==
== Lernziele ==
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* können Sie mit ControlDesk Sensorwerte visualisieren.
* können Sie mit ControlDesk Sensorwerte visualisieren.
* können Sie mit ControlDesk Sensorwerte aufzeichnen, die Aufzeichnung korrekt benennen und in SVN speichern.
* können Sie mit ControlDesk Sensorwerte aufzeichnen, die Aufzeichnung korrekt benennen und in SVN speichern.
* können Sie eine Referenzmessung aufzeichnen.
* können Sie Messungen mit <code>funktion_wandle_dspacemess_in_CCF_mess.mat</code> in ein MATLAB<sup>®</sup>-Format konvertieren und analysieren.
* können Sie Messungen mit <code>funktion_wandle_dspacemess_in_CCF_mess.mat</code> in ein MATLAB<sup>®</sup>-Format konvertieren und analysieren.
* können Sie Fehler in der Messkette aufzeigen und beheben.
* können Sie Fehler in der Messkette aufzeigen und beheben.


== Bewertung ==
== Bewertung ==
Die Bewertung teilt sich auf in
Die Bewertung erfolgt im Rahmen der [[SoSe24_-_Praktikum_Systementwurf_-_Lernzielkontrolle_1|Lernzielkontrolle 1]] am 02.05.2024.
# Qualität der Dokumentation im [[SoSe23_-_Praktikum_Systementwurf_-_Lernzielkontrolle_1#Teams|HSHL-Wiki]] (1-4, 6-10)
 
# Praktische Lernzielkontrolle (5)
== Voraussetzungen ==
* Dieser Workshop baut Workshops 1 auf.
* Studieren Sie die [[SoSe2024 - Praktikumsordnung SDE Systementwurf|Praktikumsordnung]].
* Die unter Vorbereitung aufgeführten Aufgaben sind '''vor''' dem Workshoptermin vorzubereiten. Der Workshop baut auf Ihre Vorbereitung auf.
Der Workshop setzt nachfolgende Kenntnisse voraus:
* die Grundlagen der Programmierung,
* der Umgang mit der Versionsverwaltung SVN und
* der Umgang mit MATLAB<sup>®</sup>/Simulink.
* Für den Workshop benötigen Sie MATLAB®Simulink in der Version 2019b 64bit.
Entsprechende Selbstlernkurse finden Sie auf der Lernplattform.
 
== Ablauf des Praktikums ==
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|Tabelle 1: Agenda des Workshops
|-
|-
! Aufgabe   !! Inhalt!! Punkte
! Uhrzeit   !! Agenda !! Form
|-
|-
| 1 || Beschreibung des Primärsensors || 1
| 08:15 || Begrüßung || Moderation durch Prof. Schneider
|-
|-
| 2 || Beschreibung der Messkette || 1
| 08:20 || Sensor-Messketten Offline || Einzelpräsentationen, max. 5 Minuten
|-
|-
| 3 || Systementwurf  || 1
| 08:35 || Sensor-Messketten Online || Einzelpräsentationen, max. 5 Minuten
|-
|-
| 4 || Beschreibung SEN/SAB || 1
| 08:50 || Sensor-Messketten Online || Einzelpräsentationen, max. 5 Minuten
|-
|-
| 5 || Messung von jedem Signal in der Verarbeitungskette, Sicherung als .mat in SVN || 1
| 10:25 || Messung der Gierrate am Fahrzeug, Auswertung und Analyse || Gruppenarbeit am Fahrzeug und PC
|-
|-
| 6  || Darstellung der Signale im Vergleich zur Referenz in MATLAB<sup>®</sup>|| 1
| 10:30  || Veranstaltungsende ||
|}
 
= Versuchsvorbereitung =
== Themen der Teams ==
Prüfen und Optimieren Sie bitte Ihren Wiki-Artikel und orientieren Sie sich am [[AF: Beispielartikel SEN/SAB|Beispielartikel]].
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|Tabelle 2: Teameinteilung und Themen für die Vorbereitung
|-
|-
| 7  || Problembeschreibung in der LOP || 1
! #  !! Thema !! Teilnehmer
|-
|-
| 8 || Analyse und Maßnahmenbeschreibung || 1
| 1 || [[AF: Abstandssensorik (SenAbs)|Abstandssensorik (SenAbs)]]|| Daniel Block, Paul Janzen
|-
|-
| 2  || [[AF: Gierrate (SenGier, SabGier)|Gierrate (SenGier, SabGier)]] || Dennis Fleer, Philipp Sander
|-
| 3  || [[AF: Fernbedienung (SenFernb)|Fernbedienung (SenFernb)]] || Yunkai Lin, Xiangyao Liu, Yuhan Pan
|}
|}


== Lernzielkontrolle ==
== Aufgabe 1.1 Hausaufgabe: Softwarearchitektur Offline-Modell ==
Analysieren Sie die Softwararchitektur des Online-Modells für Ihren Sensor (vgl. Tabelle 2)
* Identifizieren Sie die Quellen/Eingänge.
* Identifizieren Sie die Senken/Ausgänge.
* Skizzieren Sie für Ihren Sensor eine vollständige Messkette.
 
 
 
== Aufgabe 1.2 Hausaufgabe: Softwarearchitektur Online-Modell ==
Analysieren Sie die Softwararchitektur des Online-Modells für Ihren Sensor (vgl. Tabelle 2)
* Identifizieren Sie die Quellen/Eingänge.
* Identifizieren Sie die Senken/Ausgänge.
* Skizzieren Sie für Ihren Sensor eine vollständige Messkette.
 
==Aufgabe 1.3 Hausaufgabe: Vergleich Softwarearchitektur Online/Offline-Modell==
Was sind die Gemeinsamkeiten und Unterschiede beider Modelle?
 
'''Arbeitsergebnisse:'''
* Messkette Offline & Online
* Vergleichstabelle
 
'''Lernzielkontrollfragen:'''
* Welche Verarbeitungsblöcke gibt es?
* Welche Signalflüsse gibt es?
 
'''Hinweis:''' Sichern Sie bitte Ihre Ergebnisse in SVN.
= Workshop =
==Aufgabe 2.1: Sensor-Messketten Offline==
Im Modell CCF_offline werden die Sensoren
# SenAbs - Abstandssensorik
# SenGier - Gierrate
# SenKam - Kamera
# SenLW - Lenkwinkel
# SenTaster
# SenVx - Laengsgeschwindigkeit
# SenLIDAR - LIDAR
simuliert.
* Ihnen wurde ein in Tabelle 2 ein Sensor zugeordnet.
* Präsentieren Sie am Beamer in max. 5 Minuten für Ihren Sensor eine vollständige Messkette von der Quelle (SEN, SAB) bis zur Senke.
* Zeigen Sie die zugehörigen Signalnamen.
* Dokumentieren Sie die Messkette im Nachgang im Wiki.
 
'''Arbeitsergebnis:''' Vollständige Messkette für die Simulation im HSHL-Wiki
 
== Aufgabe 2.2: Sensor-Messketten Online ==
* Präsentieren Sie am Beamer in max. 5 Minuten für Ihren Sensor eine vollständige Messkette von der Quelle (SEN, SAB) bis zur Senke.
* Zeigen Sie die zugehörigen Signalnamen.
* Arbeiten Sie die Unterschiede Online/Offline heraus.
* Dokumentieren Sie die Messkette im Nachgang im Wiki.
 
'''Arbeitsergebnis:''' Vollständige Messkette für das reale Fahrzeug im HSHL-Wiki


=== Ablauf ===
== Aufgabe 2.3: Messung am Fahrzeug ==
*Station 1: Prof. Göbel
* Starten Sie eine Messung mit ControlDesk.
*Station 2: Prof. Schneider am Fahrzeug
* Passen Sie Ihr Gyro-Layout so an, dass Sie numerisch lenken und fahren können.
* Starten Sie eine Messung. Sichern Sie alle Daten von <code>SenGier</code> und <code>SabGier</code>.
* Kalibrieren Sie das Gyroskop und messen Sie 3 Minute im Stillstand.
* Fahren Sie 5x eine 360° Linkskurve, messen und dokumentieren Sie die Fahrzeit und Gierrate.
* Fahren Sie 5x eine 360° Rechtskurve, messen und dokumentieren Sie die Fahrzeit und Gierrate.
* Sichern Sie die Messung (<code>*.mat</code>) in SVN.
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
|+ Messtabelle
|-
|-
! Uhrzeit !! Station 1 !! Station 2
! Nr. !! Lenkwinkel !! Gas !! Zeit in s
|-
| 10:20  || Gruppe 1 || Gruppe 2
|-
| 10:35  || Gruppe 2 || Gruppe 3
|-
|-
| 10:50  || Gruppe 3 || Gruppe 4
| 1 || +5° (links) || 0,8
|| 14,27<br>15,52<br>14,99<br>14,82<br>15,27
|-
|-
| 11:05  || Gruppe 4 || Gruppe 5
| 2 || +5° (links) || 0,9 || 12,58<br>12,93
|-
|-
| 11:20  || Gruppe 5|| Gruppe 6
| 3 || -5° (rechts) || 0,9 || 11,08<br>11,01<br>10,81
|-
|-
| 11:35  || Gruppe 6 || Gruppe 1
| 4 || -5° (rechts) || 1,0 || 9,08<br>8,86<br>7,53<br>8,99<br>8,45
|}
|}


'''Fragen/Feedback''' finden Sie auf der '''Diskussionsseite''' Ihres Artikels.
'''Arbeitsergebnis:''' Messung in SVN<br>
'''SVN-Ordner:''' <code>https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Daten/Gierrate</code>


== Teams ==
== Aufgabe 2.4: Darstellung der Messergebnisse ==
Füllen Sie bitte Ihren Wiki-Artikel und orientieren Sie sich am [[AF: Beispielartikel SEN/SAB|Beispielartikel]].
* Wandeln Sie die Messungen für die MATLAB<sup>®</sup>-Auswertung um.
* Stellen Sie die Messungen und die Referenz in MATLAB<sup>®</sup> dar.
 
'''Arbeitsergebnis:''' Messprotokoll und Ergebnisdarstellung im HSHL-Wiki
 
== Aufgabe 2.5: Analyse der Messergebnisse ==
* Analysieren Sie die Messungen anhand der jeweiligen Referenz mit der Open-Loop-Simulation aus Workshop 1.
* Bestimmen Sie
**Messunsicherheit von Gierrate und Gierwinkel,
**Offset der Gierrate und  
**Drift des Gierwinkels.
 
 
'''Arbeitsergebnis:''' Analyse im HSHL-Wiki
 
'''Lernzielkontrollfragen:'''
* Welchen Status hat die Sensorik (OK/NOK)?
* Gibt es Sensorfehler?
* Werden Sensorfehler passend verarbeitet?
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|Tabelle 3: Workshopergebnisse
|-
|-
! #  !! Thema !! Teilnehmer
! #  !! Thema !! Teilnehmer
|-
|-
| 1  || [[AF: Abstandssensorik (SenAbs)|Abstandssensorik (SenAbs)]]|| Daniel Block, Dennis Fleer
| 1  || [[Workshop 2 - SenGier/SabGier - Gruppe 1 - SoSe2024]]|| Daniel Block, Paul Janzen
|-
|-
| 2  || [[AF: Gierrate (SenGier, SabGier)|Gierrate (SenGier, SabGier)]] || Paul Janzen, Philipp Sander
| 2  || [[Workshop 2 - SenGier/SabGier - Gruppe 2 - SoSe2024]] || Dennis Fleer, Philipp Sander
|-
|-
| 3  || [[AF: Fernbedienung (SenFernb)|Fernbedienung (SenFernb)]] || Yunkai Lin, Xiangyao Liu, Yuhan Pan
| 3  || [[Workshop 2 - SenGier/SabGier - Gruppe 3 - SoSe2024]] || Yunkai Lin, Xiangyao Liu, Yuhan Pan
|}
|}


== Nützlicher Link ==
== Nützlicher Link ==
* MATLAB<sup>®</sup>-Skript, welches die Messung in eine Auswertedatei umwandelt: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Software/CaroloCupFahrzeug/funktionen/funktion_wandle_dspacemess_in_CCF_mess.m funktion_wandle_dspacemess_in_CCF_mess.m]
* MATLAB<sup>®</sup>-Skript, welches die Messung in eine Auswertedatei umwandelt: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Software/CaroloCupFahrzeug/funktionen/funktion_wandle_dspacemess_in_CCF_mess.m funktion_wandle_dspacemess_in_CCF_mess.m]




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→ zurück zum Hauptartikel: [[Praktikum_SDE|Praktikum SDE]] | [[SDE-Team 2024/25]]
→ zurück zum Hauptartikel: [[Praktikum_SDE|Praktikum SDE]] | [[SDE-Team 2024/25]]

Aktuelle Version vom 1. Mai 2024, 18:41 Uhr

Abb. 1: Sensoren (SEN) und Signalaufbereitung (SAB)

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Workshop 2: Sensoren in Simulink (SEN) und Signalaufbereitung (SAB)
Workshoptermin: 25.04.2024
Lernzielkontrolle 1: 02.05.2024


Einleitung

Die Workshops im SDE Praktikum sollen die Studierenden das praktische Arbeiten in einem Mechatroniklabor im Bereich modellbasierte Entwicklung mit MATLAB/Simulink und DSpace Hardware DS1104/ControlDesk vermitteln. Der Umgang soll in der Selbstlernzeit geübt werden.

Lernziele

Nach erfolgreicher Teilnahme am Workshop:

  • können Sie die Simulation bedienen und Ergebnisse erzeugen.
  • haben Sie die Messketten der Sensoren online/offline dargestellt.
  • können Sie Sensorsignale aufbereiten.
  • können Sie mit ControlDesk Sensorwerte visualisieren.
  • können Sie mit ControlDesk Sensorwerte aufzeichnen, die Aufzeichnung korrekt benennen und in SVN speichern.
  • können Sie eine Referenzmessung aufzeichnen.
  • können Sie Messungen mit funktion_wandle_dspacemess_in_CCF_mess.mat in ein MATLAB®-Format konvertieren und analysieren.
  • können Sie Fehler in der Messkette aufzeigen und beheben.

Bewertung

Die Bewertung erfolgt im Rahmen der Lernzielkontrolle 1 am 02.05.2024.

Voraussetzungen

  • Dieser Workshop baut Workshops 1 auf.
  • Studieren Sie die Praktikumsordnung.
  • Die unter Vorbereitung aufgeführten Aufgaben sind vor dem Workshoptermin vorzubereiten. Der Workshop baut auf Ihre Vorbereitung auf.

Der Workshop setzt nachfolgende Kenntnisse voraus:

  • die Grundlagen der Programmierung,
  • der Umgang mit der Versionsverwaltung SVN und
  • der Umgang mit MATLAB®/Simulink.
  • Für den Workshop benötigen Sie MATLAB®Simulink in der Version 2019b 64bit.

Entsprechende Selbstlernkurse finden Sie auf der Lernplattform.

Ablauf des Praktikums

Tabelle 1: Agenda des Workshops
Uhrzeit Agenda Form
08:15 Begrüßung Moderation durch Prof. Schneider
08:20 Sensor-Messketten Offline Einzelpräsentationen, max. 5 Minuten
08:35 Sensor-Messketten Online Einzelpräsentationen, max. 5 Minuten
08:50 Sensor-Messketten Online Einzelpräsentationen, max. 5 Minuten
10:25 Messung der Gierrate am Fahrzeug, Auswertung und Analyse Gruppenarbeit am Fahrzeug und PC
10:30 Veranstaltungsende

Versuchsvorbereitung

Themen der Teams

Prüfen und Optimieren Sie bitte Ihren Wiki-Artikel und orientieren Sie sich am Beispielartikel.

Tabelle 2: Teameinteilung und Themen für die Vorbereitung
# Thema Teilnehmer
1 Abstandssensorik (SenAbs) Daniel Block, Paul Janzen
2 Gierrate (SenGier, SabGier) Dennis Fleer, Philipp Sander
3 Fernbedienung (SenFernb) Yunkai Lin, Xiangyao Liu, Yuhan Pan

Aufgabe 1.1 Hausaufgabe: Softwarearchitektur Offline-Modell

Analysieren Sie die Softwararchitektur des Online-Modells für Ihren Sensor (vgl. Tabelle 2)

  • Identifizieren Sie die Quellen/Eingänge.
  • Identifizieren Sie die Senken/Ausgänge.
  • Skizzieren Sie für Ihren Sensor eine vollständige Messkette.


Aufgabe 1.2 Hausaufgabe: Softwarearchitektur Online-Modell

Analysieren Sie die Softwararchitektur des Online-Modells für Ihren Sensor (vgl. Tabelle 2)

  • Identifizieren Sie die Quellen/Eingänge.
  • Identifizieren Sie die Senken/Ausgänge.
  • Skizzieren Sie für Ihren Sensor eine vollständige Messkette.

Aufgabe 1.3 Hausaufgabe: Vergleich Softwarearchitektur Online/Offline-Modell

Was sind die Gemeinsamkeiten und Unterschiede beider Modelle?

Arbeitsergebnisse:

  • Messkette Offline & Online
  • Vergleichstabelle

Lernzielkontrollfragen:

  • Welche Verarbeitungsblöcke gibt es?
  • Welche Signalflüsse gibt es?

Hinweis: Sichern Sie bitte Ihre Ergebnisse in SVN.

Workshop

Aufgabe 2.1: Sensor-Messketten Offline

Im Modell CCF_offline werden die Sensoren

  1. SenAbs - Abstandssensorik
  2. SenGier - Gierrate
  3. SenKam - Kamera
  4. SenLW - Lenkwinkel
  5. SenTaster
  6. SenVx - Laengsgeschwindigkeit
  7. SenLIDAR - LIDAR

simuliert.

  • Ihnen wurde ein in Tabelle 2 ein Sensor zugeordnet.
  • Präsentieren Sie am Beamer in max. 5 Minuten für Ihren Sensor eine vollständige Messkette von der Quelle (SEN, SAB) bis zur Senke.
  • Zeigen Sie die zugehörigen Signalnamen.
  • Dokumentieren Sie die Messkette im Nachgang im Wiki.

Arbeitsergebnis: Vollständige Messkette für die Simulation im HSHL-Wiki

Aufgabe 2.2: Sensor-Messketten Online

  • Präsentieren Sie am Beamer in max. 5 Minuten für Ihren Sensor eine vollständige Messkette von der Quelle (SEN, SAB) bis zur Senke.
  • Zeigen Sie die zugehörigen Signalnamen.
  • Arbeiten Sie die Unterschiede Online/Offline heraus.
  • Dokumentieren Sie die Messkette im Nachgang im Wiki.

Arbeitsergebnis: Vollständige Messkette für das reale Fahrzeug im HSHL-Wiki

Aufgabe 2.3: Messung am Fahrzeug

  • Starten Sie eine Messung mit ControlDesk.
  • Passen Sie Ihr Gyro-Layout so an, dass Sie numerisch lenken und fahren können.
  • Starten Sie eine Messung. Sichern Sie alle Daten von SenGier und SabGier.
  • Kalibrieren Sie das Gyroskop und messen Sie 3 Minute im Stillstand.
  • Fahren Sie 5x eine 360° Linkskurve, messen und dokumentieren Sie die Fahrzeit und Gierrate.
  • Fahren Sie 5x eine 360° Rechtskurve, messen und dokumentieren Sie die Fahrzeit und Gierrate.
  • Sichern Sie die Messung (*.mat) in SVN.
Messtabelle
Nr. Lenkwinkel Gas Zeit in s
1 +5° (links) 0,8 14,27
15,52
14,99
14,82
15,27
2 +5° (links) 0,9 12,58
12,93
3 -5° (rechts) 0,9 11,08
11,01
10,81
4 -5° (rechts) 1,0 9,08
8,86
7,53
8,99
8,45

Arbeitsergebnis: Messung in SVN
SVN-Ordner: https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Daten/Gierrate

Aufgabe 2.4: Darstellung der Messergebnisse

  • Wandeln Sie die Messungen für die MATLAB®-Auswertung um.
  • Stellen Sie die Messungen und die Referenz in MATLAB® dar.

Arbeitsergebnis: Messprotokoll und Ergebnisdarstellung im HSHL-Wiki

Aufgabe 2.5: Analyse der Messergebnisse

  • Analysieren Sie die Messungen anhand der jeweiligen Referenz mit der Open-Loop-Simulation aus Workshop 1.
  • Bestimmen Sie
    • Messunsicherheit von Gierrate und Gierwinkel,
    • Offset der Gierrate und
    • Drift des Gierwinkels.


Arbeitsergebnis: Analyse im HSHL-Wiki

Lernzielkontrollfragen:

  • Welchen Status hat die Sensorik (OK/NOK)?
  • Gibt es Sensorfehler?
  • Werden Sensorfehler passend verarbeitet?
Tabelle 3: Workshopergebnisse
# Thema Teilnehmer
1 Workshop 2 - SenGier/SabGier - Gruppe 1 - SoSe2024 Daniel Block, Paul Janzen
2 Workshop 2 - SenGier/SabGier - Gruppe 2 - SoSe2024 Dennis Fleer, Philipp Sander
3 Workshop 2 - SenGier/SabGier - Gruppe 3 - SoSe2024 Yunkai Lin, Xiangyao Liu, Yuhan Pan

Nützlicher Link



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