Workshop 2 - SenGier/SabGier - Gruppe 2 - SoSe2024
Autoren: Philipp Sander & Dennis Fleer
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SDE Praktikum
Termine SoSe-24
Lernzielkontrolle 1
Beschreibung des Lego Mindstorms Gyro-Sensors
Der Gierratensensor misst eine Drehrate diese wird durch die Signalverarbeitung in einen Winkel in Grad° umgewandelt. Genauere Informationen sind nicht angegeben. Kein Datenblatt vorhanden. Das Ausgangssignal des Sensors ist ein Analoges Signal. Dieses Wird von einem A/D-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt. Dieses Signal wird weiterhin von der Signalaufbereitung verarbeitet, sodass wir am Ende eine gefilterte Gierrate und einen gefilterten Gierwinkel erhalten.
Signalverarbeitung und Messkette
Offline
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Abbildung 1: Messkette Gyro-Sensor im Offline Simulink Modell.
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Abbildung 2: Messkette Gyro-Sensor im Offline Simulink Modell als Auszug aus dem Gesamtmodell.
Im offline Modell werden die Daten der simulierten Gierrate direkt auf den Bus gelegt und dann in dem Funktionsblock Sensoraufbereitung weiterverarbeitet, in diesem finden dann dieselben Schritte wie im Online Modell statt, dass im Folgenden erläutert wird.
Online
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Abbildung 3: Messkette Gyro-Sensor im Online Simulink Modell.
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Abbildung 4: Messkette Gyro-Sensor im Online Simulink Modell als Auszug aus dem Gesamtmodell.
Die Spannungen werden zuerst mit dem AD Wandler der DSpace 1104 Karte eingelesen und digitalisiert. Anschließend wird das Signal mithilfe eines weiteren Blocks von Grad in rad umgerechnet. In der weiteren Signalaufbereitung wird das Signal der Gierrate in eine Offsetberechnung eingeleitet sowie durch einen PT1-Filter geglättet und mithilfe einer Integration erhalten wir den Gierwinkel.
Anschließend werden die Signale in den Sensorbus gelegt, von dem aus die Signale zur Weiterverarbeitung und für die Ansteuerung der Aktoren oder Regelung verwendet werden.
Vergleich I/O
| Online | Offline |
|---|---|
| SenGier_psip_OffsetSensorrohwert_f64 | EMS_psip_f64 |
| SenGier_psip_roh_ADC_f64 | ESM_psi_f64 |
| Online | Offline |
|---|---|
| SabGier_psip_offset_K_f64 | SabGier_psip_offset_K_f64 |
| SabGier_psip_unfilt_K_f64 | SabGier_psip_unfilt_K_f64 |
| SabGier_psi_filt_K_f64 | SabGier_psi_filt_K_f64 |
| SabGier_Reset_bit | SabGier_Reset_bit |
| SabGier_psip_filt_K_f64 | SabGier_psip_filt_K_f64 |
| SenGier_psi_KM_K_f64 |
Versuchsbeschreibung
Versuchsbeschreibung
In diesem versuch soll der Lego Mindstorms Gyro-Sensor analysiert werden. Dieser ist oberhalb der Lenkachse des zweiten Autos verbaut. Es werden 3 messungen getätigt.
- 1. Messung: Der Sensor wird im Stillstand über 180 Sekunden vermessen und die Messdaten aufgezeichnet. Ein paar Sekunden nach dem Start wird der Sensor kalibriert.
- 2. Messung: Das Auto fährt mit konstanter Geschwindigkeit von 0.6 und einem Konstanten Lenkwinkel von -5, 5 Runden. Ein paar Sekunden nach dem Start wird der Sensor kalibriert. Die Zeit wird für jede Runde separat aufgenommen.
- 3. Messung: Das Auto fährt mit konstanter Geschwindigkeit von 0.6 und einem Konstanten Lenkwinkel von 20, 5 Runden. Ein paar Sekunden nach dem Start wird der Sensor kalibriert. Die Zeit wird für jede Runde separat aufgenommen.
Die Messdaten, sowie Referenzdaten werden in \Daten\Gierrate\240502_Links_Rechtskurve gespeichert.
Aufgenommene Signale:
| Nr | Variablen |
|---|---|
| 1 | Zeit |
| 2 | SenGier_psip_roh_ADC_f64 |
| 3 | SenGier_psip_roh_K_f64 |
| 4 | SenGier_psip_OffsetSensorrohwert_f64 |
| 5 | SabGier_psip_offset_K_f64 |
| 6 | SabGier_psip_unfilt_K_f64 |
| 7 | SabGier_psip_filt_K_f64 |
| 8 | SenGier_psi_reset_bit |
| 9 | SabGier_Reset_bit |
| 10 | SabGier_psi_filt_K_f64 |
| 11 | SabGier_psi_filt_K_deg_f64 |
Messdatenanalyse
Stillstand
Gierrate
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Abbildung 6: Gierrate im Stillstand.
Der Gierraten-Offset beträgt vor Kalibrierung: 0.8 Grad/s aus Graph abgelese
Der Gierraten-Offset beträgt nach Kalibrierung: 0Grad/s aus Graph abgelesens
Die Offsetkalibrierung war erfolgreich.
Der Drift beträgt -2.078 Grad/s
Rauschen
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Abbildung 7: Rauschen im Stillstand.
Das Rauschen der Gierrate ungefilter (SabGier_psip_unfilt_K_f64) beträgt 3.5Grad/s. aus Graph Häufigkeit der Streuung abgelesen
Gierwinkel
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Abbildung 8: Gierwinkel im Stillstand.
Hier kann man Erkennen, dass die Offsetkalibrierung funktioniert. Vor der Kalibrierung wird ein Winkel erkannt. Nach der Kalibrierung ist der Gierwinkel bei 0 Grad.
In dieser Abbildung kann man sehr gut den bleibenden Drift erkennen. Der Drift liegt bei -2.078 Grad/s. Dies ist die annähernde Steigung des dargestellten Signals(SabGier_psi_filt_K_deg_f64).
Linkskurve
Gierrate
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Abbildung 9: Gierrate bei der Linksfahrt.
Rauschen
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Abbildung 10: Rauschen bei der Linksfahrt.
Gierwinkel
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Abbildung 11: Gierwinkel bei der Linksfahrt.
Rechtskurve
Gierrate
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Abbildung 12: Gierrate bei der Rechtsfahrt.
Rauschen
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Abbildung 13: Rauschen bei der Rechtsfahrt.
Gierwinkel
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Abbildung 14: Gierwinkel bei der Rechtsfahrt.
Maßnahmen
Drift
Der Drift ist ein Problem von dem Lego Gyro. Dafür wäre eine Idee die Berechnung eines Gierratenoffset, zum Beispiel könnte man dafür den Mittelwert aus den letzten Messungen bilden und diesen von der aktuellen Gierrate abziehen. Dadurch würde die Gierrate im Stillstand gegen 0 laufen und der Drift verhindert werden.
Rauschen
Das Rauschen ist bei dem Lego Gyro relativ gut eingestellt und es ist sehr konstant über die Zeit gesehen. Durch die schon vorhandene Filterung wird das Rauschen gut entfernt. Man kann den Filter aber für den Lego Gyro ein wenig verändern, sodass er nicht so langsam auf Änderungen reagiert wie man es bei der Kreisfahrt gesehen hat.