Methodisches Konstruieren – µ-Computer Studentische Projektarbeit Gruppe 2 – Balance Akt

1. Methodisches Konstruieren – µ-ComputerStudentische ProjektarbeitGruppe2 – Balance Akt Ziel dieser Projektarbeit ist die Lösung eines mechatronischen Problems durch teamorientiertes und ingenieurmäßiges Vorgehen. Produkt - Präsentation 13.02.2004 Balance Akt Christophe Brenner Sebastian Brust Michael Ortlechner Sascha Meffert Jürgen Luther Marko Feldić Delphine Mengus

2. Aufgabenstellung Mit Hilfe eines mechatronischen Systems soll eine Kugel auf einer ebenen Platte balanciertwerden. Anfangs ist die Platte geneigt und die Position der Kugel auf der Platte beliebig. DiePlatte wird über Stellantriebe so geneigt, dass die Kugel in einen fest definierten Endbereichrollt und dort balanciert wird. Dieser Endbereich kann vom Endbenutzer nicht variiert werden.

3. Funktionsprinzip

4. Teilaufgaben Mechanik – Mechanischer Aufbau Kamera- Sensorik & DatenverarbeitungRegelung & RegelungselektronikMotorenansteuerung & Leistungselektronik Projekt – Dokumentation

5. Kamera- Sensorik Übersicht • FireWire – Kamera mit Software NEUROCHECK • µ- Controller • ADDA - Wandlerkarte

6. Blockschaltbild PC1 80585-Karte 1394-VideoKamera FireWire Kabel Serielle Schnittstelle Serielles Kabel Serielles Kabel PC2 Steckerleiste Serielle Schnittstelle Istwert Lageregler (Spannungsbereich 0 – 2.55V) Sollwert Winkelregler Y (Spannungsbereich 0 – 2.55V) ADDA-Karte

7. Struktogramm NEUROCHECK

8. NEUROCHECK x 255 0 Systemprotokoll Ergebnisausgabe Prüfprogramm Ergebnisausgabe 255 Kamerabild y

9. Datenpaket • Beispiel: STX + 2 3 1 . 1 2 3 4 ETX STX + 5 1 . 5 6 7 8 ETX EOT

10. Programmabläufe • Serielle Schnittstelle auslesen • Daten in internen Speicher schieben • Auslesen des Speichers und Integer wandeln • ascii2hex – Wandlung • Einzelne Zehnerpotenzen zusammenfügen • Im internen Speicher für die Regelung ablegen

11. Haupt- Struktogramm

12. Regelung Übersicht • PD-Regler • Kaskadenregelung: • Innerer Regelkreis: Winkelregelung der Platte • Äußerer Regelkreis: Lageregelung der Kugel • Ersetzen einer Reglerplatine :Programmierung des Lagereglers in y- Richtung

13. Blockschaltbild u Stell- glied Verstär-ker Strecke x LR٭ WR ٭ Istwert Poti DA-Wandler Kamerasystem Mikrocontroller • Lageregelung • Winkelregelung

14. Reglerdimensionierung Ts Istwert Sollwert vorgeben einstellen Ziel:

15. Regleralgorithmus Reglerübertragungsfunktion: GPD(s) = K*(1 + TV*s/(TF*s+1)) Diskretisierung: uk= TF/(TF+TS)*uk-1 + K*(TS+TF+TV)/(TS+TF)*ek – K*(TF+TV)/(TF+TS)*ek-1 mit a1 = TF/(TF+TS), b0 = K*(TS+TF+TV) und b1 = K*(TF+TV)/(TF+TS) uk = a1*uk-1+ b0*ek- b1*ek-1

16. Die Programmierung • Programmiersprache: C oder Assembler ? • Assembler, da Einbindung eines C-Programms sehr kompliziert • 8-Bit oder 16-Bit Werte ? • 16-Bit Werte, da große Werte auftauchen können • Programmierung entsprechender Arithmetik

17. Struktogramm Regler

18. Motorenansteuerung Übersicht • Entwicklung und Umsetzung der D\A Wandlung • Verstärkung der Steuersignale des Reglers

19. Struktugramm DA Wandlung

20. Verstärker

21. Platinenlayout

22. Platine

23. Produktpräsentation

24. Dokumentation • Projekt – Dokumentation vom Prinzip bis zur Ausarbeitung nach VDI 2222. • Recherchen zum Stand der Technik sowie zu den Bauteilen • WEB-Dokumentation für Mikrocomputertechnik-Labor: • http://193.196.117.123/projekte/BalanceAkt

25. Unser Dank gilt allen Professoren und Mitarbeitern die uns bei dem Projekt unterstützt haben • Desweiteren danken wir der Firma ZF Sachs AG und der Firma Weber- Feinmechanik

26. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!