Selbstfahrendes Motorad mit Arduino - Versionsgeschichte

Ulrich Schneider: /* Video */

2022-08-02T09:26:26Z

Video

← Nächstältere Version		Version vom 2. August 2022, 11:26 Uhr
Zeile 371:		Zeile 371:

	== Video ==		== Video ==
	~~Video~~: [https://www.youtube.com/watch?v=-pN-lAsjx8M Ergebnisse der Projektarbeit].
			{{#ev:youtube\|https://youtu.be/-pN-lAsjx8M \| 720 \| \| YouTube: Ergebnisvideo der Projektarbeit \|frame}}

			Link: [https://www.youtube.com/watch?v=-pN-lAsjx8M Ergebnisse der Projektarbeit].

	= Weblinks =		= Weblinks =

Ulrich Schneider: /* Aufgabenstellung */

2022-01-31T17:11:19Z

Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 31. Januar 2022, 19:11 Uhr
Zeile 19:		Zeile 19:
	# Vergleichen und bewerten Sie verschiedene Regleransätze (P, PI, PID und andere).		# Vergleichen und bewerten Sie verschiedene Regleransätze (P, PI, PID und andere).
	# Modellbasierte Programmierung der Hardware via Matlab und Simulink		# Modellbasierte Programmierung der Hardware via Matlab und Simulink
	# ~~Test des Segway~~		# Modul- und Systemtests
	# Dokumentation nach wissenschaftlichem Stand		# Dokumentation nach wissenschaftlichem Stand
	# Erstellung von Gefährdungsbeurteilung und Betriebsanweisung		# Erstellung von Gefährdungsbeurteilung und Betriebsanweisung

Ulrich Schneider: /* Anforderung */

2022-01-31T17:01:09Z

Anforderung

← Nächstältere Version		Version vom 31. Januar 2022, 19:01 Uhr
Zeile 28:		Zeile 28:
	* Projektvorstellung im Wiki		* Projektvorstellung im Wiki
	* Machen Sie ein tolles Videos, welches die Funktion visualisiert.		* Machen Sie ein tolles Videos, welches die Funktion visualisiert.
			* Konvertieren Sie die Software vor der Sicherung in MATLAB/Simulink R2020b.

	== Gantt - Chart ==		== Gantt - Chart ==

Junjie Lyu: /* Zusammenfassung und Ausblick */

2022-01-18T22:51:04Z

Zusammenfassung und Ausblick

← Nächstältere Version		Version vom 19. Januar 2022, 00:51 Uhr
Zeile 352:		Zeile 352:
	== Zusammenfassung und Ausblick ==		== Zusammenfassung und Ausblick ==

	Das Projekt vertieft die theoretischen Grundlagen des Mechatronik Studiums im Bereich der Regelungstechnik, Systemmodellierung, Antriebstechnik, Sensortechnik und Informatik. Das ingenieurmäßige Vorgehen mit möglichst ~~vollständliger~~ Erfassung und Analyse der Aufgabe, ~~Stukturierung~~ der Zusammenhänge, ~~Erearbeitung~~ und vergleichende Bewertung verschiedener Lösungswege unter Verwendung weiterführender Literatur, Einordnen von betrieblichen Einzelaufgaben in übergeordnete sachlich und organisatorische Zusammenhänge wird angewendet, um das Projekt methodisch konsequent zu einer Lösung zu führen.		Das Projekt vertieft die theoretischen Grundlagen des Mechatronik-Studiums im Bereich der Regelungstechnik, Systemmodellierung, Antriebstechnik, Sensortechnik und Informatik. Das ingenieurmäßige Vorgehen mit möglichst vollständiger Erfassung und Analyse der Aufgabe, Strukturierung der Zusammenhänge, Erarbeitung und vergleichende Bewertung verschiedener Lösungswege unter Verwendung weiterführender Literatur, Einordnen von betrieblichen Einzelaufgaben in übergeordnete sachlich und organisatorische Zusammenhänge wird angewendet, um das Projekt methodisch konsequent zu einer Lösung zu führen.

	Um das Projekt zum Erfolg zu bringen, wurden zuerst die Funktionsweisen der Komponenten MKR1000, MKRCarrier-Platine, DC-Motor, ~~Servo-Motor~~, Hall-Sensor, Ultraschall-Sensor, IMU-Modul, Encoder, I2C-Kommunikation und Lipo-Batterie nachvollzogen. Durch die Analyse der Dynamik des Motorradsystems wurden die Bewegungsgleichungen aufgestellt. Dann wurde Regelkreis des Systems erstellt. Danach wurden die verschiedene Regleransätze bewertet und ein geeigneter Regler für das System ausgewählt. Anschließend wurden die Simulation des Reglers und des ganzen Systems erstellt. Ein 3D-Modell wurde in der Simulation integriert. Der Schutz der Hardware wurde bei der Erstellung der Simulation ~~besrücksichtigt~~. Das ~~Mortorrad~~ wurde durch die vom WiFi gesendeten ~~Siganele~~ aus der Ferne gesteuert. Das folgende Ergebnisvideo zeigt den Erfolg des Projekts.		Um das Projekt zum Erfolg zu bringen, wurden zuerst die Funktionsweisen der Komponenten MKR1000, MKRCarrier-Platine, DC-Motor, Servomotor, Hall-Sensor, Ultraschall-Sensor, IMU-Modul, Encoder, I2C-Kommunikation und Lipo-Batterie nachvollzogen. Durch die Analyse der Dynamik des Motorradsystems wurden die Bewegungsgleichungen aufgestellt. Dann wurde Regelkreis des Systems erstellt. Danach wurden die verschiedene Regleransätze bewertet und ein geeigneter Regler für das System ausgewählt. Anschließend wurden die Simulation des Reglers und des ganzen Systems erstellt. Ein 3D-Modell wurde in der Simulation integriert. Der Schutz der Hardware wurde bei der Erstellung der Simulation berücksichtigt. Das Motorrad wurde durch die vom WiFi gesendeten Signale aus der Ferne gesteuert. Das folgende Ergebnisvideo zeigt den Erfolg des Projekts.

	Um die gewünschten Ergebnisse zu erreichen, sind folgende Schritte ebenfalls erforderlich:		Um die gewünschten Ergebnisse zu erreichen, sind folgende Schritte ebenfalls erforderlich:
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	1) Verlagerung der Batterie an das Heck des Motorrads, so dass der Schwerpunkt des Motorrads direkt über der Bodenachse des Rads liegt.		1) Verlagerung der Batterie an das Heck des Motorrads, so dass der Schwerpunkt des Motorrads direkt über der Bodenachse des Rads liegt.

	2) Ermittelung ~~der~~ Gleichgewichtslage des Systems ~~mit Hilfe des Trägheitsrades. Dies ist der IMU-Fehler~~.		2) Ermittelung des Winkels bei Gleichgewichtslage des Systems.

	3) ~~Einstellung~~ des ~~Fehlers~~		3) Ausgleich des Winkels

	Bis jetzt kann das Motorrad während der Fahrt ausbalancieren. Wegen der Begrenzung des Raums und der Zahl der Arbeiter wurde das Motorrad nicht mit höheren Geschwindigkeiten getestet. In der Zukunft könnte man mit einem ~~Ultraschall Sensor~~ arbeiten, um während der Fahrt Hindernisse zu meiden.		Bis jetzt kann das Motorrad während der Fahrt ausbalancieren. Wegen der Begrenzung des Raums und der Zahl der Arbeiter wurde das Motorrad nicht mit höheren Geschwindigkeiten getestet. In der Zukunft könnte man mit einem Ultraschallsensor arbeiten, um während der Fahrt Hindernisse zu meiden.

	== Quelltext ==		== Quelltext ==

Ulrich Schneider am 18. Januar 2022 um 13:07 Uhr

2022-01-18T13:07:44Z

← Nächstältere Version		Version vom 18. Januar 2022, 15:07 Uhr
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	'''~~Autoren~~:''' Junjie Lyu<br/>		'''Autor:''' Junjie Lyu<br/>
	'''Betreuer:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider\| Prof. Schneider]]<br/>		'''Betreuer:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider\| Prof. Schneider]]<br/>
	'''Art:''' PA<br>		'''Art:''' PA<br>

Junjie Lyu: /* Zusammenfassung und Ausblick */

2022-01-05T10:32:51Z

Zusammenfassung und Ausblick

← Nächstältere Version		Version vom 5. Januar 2022, 12:32 Uhr
Zeile 354:		Zeile 354:
	Das Projekt vertieft die theoretischen Grundlagen des Mechatronik Studiums im Bereich der Regelungstechnik, Systemmodellierung, Antriebstechnik, Sensortechnik und Informatik. Das ingenieurmäßige Vorgehen mit möglichst vollständliger Erfassung und Analyse der Aufgabe, Stukturierung der Zusammenhänge, Erearbeitung und vergleichende Bewertung verschiedener Lösungswege unter Verwendung weiterführender Literatur, Einordnen von betrieblichen Einzelaufgaben in übergeordnete sachlich und organisatorische Zusammenhänge wird angewendet, um das Projekt methodisch konsequent zu einer Lösung zu führen.		Das Projekt vertieft die theoretischen Grundlagen des Mechatronik Studiums im Bereich der Regelungstechnik, Systemmodellierung, Antriebstechnik, Sensortechnik und Informatik. Das ingenieurmäßige Vorgehen mit möglichst vollständliger Erfassung und Analyse der Aufgabe, Stukturierung der Zusammenhänge, Erearbeitung und vergleichende Bewertung verschiedener Lösungswege unter Verwendung weiterführender Literatur, Einordnen von betrieblichen Einzelaufgaben in übergeordnete sachlich und organisatorische Zusammenhänge wird angewendet, um das Projekt methodisch konsequent zu einer Lösung zu führen.

	Um das Projekt ~~nach~~ Erfolg zu bringen, wurden zuerst die Komponenten MKR1000, MKRCarrier-Platine, DC-Motor, Servo-Motor, Hall-Sensor, Ultraschall-Sensor, IMU-Modul, Encoder, I2C-Kommunikation und Lipo-Batterie ~~gut verstanden~~. Durch die Analyse der Dynamik des Motorradsystems wurden die Bewegungsgleichungen aufgestellt. Dann wurde Regelkreis des Systems erstellt. Danach wurden die verschiedene Regleransätze bewertet und ein geeigneter Regler für das System ausgewählt. Anschließend wurden die Simulation des Reglers und des ganzen Systems erstellt. Ein 3D-Modell wurde in der Simulation integriert. ~~Die Schützung~~ der Hardware wurde bei der Erstellung der Simulation ~~auch~~ besrücksichtigt. Das Mortorrad ~~aus der Ferne~~ wurde durch die ~~von~~ WiFi ~~gesandten~~ Siganele gesteuert. ~~Diese~~ folgende ~~Ergebnisvideos zeigen~~ den Erfolg des Projekts.		Um das Projekt zum Erfolg zu bringen, wurden zuerst die Funktionsweisen der Komponenten MKR1000, MKRCarrier-Platine, DC-Motor, Servo-Motor, Hall-Sensor, Ultraschall-Sensor, IMU-Modul, Encoder, I2C-Kommunikation und Lipo-Batterie nachvollzogen. Durch die Analyse der Dynamik des Motorradsystems wurden die Bewegungsgleichungen aufgestellt. Dann wurde Regelkreis des Systems erstellt. Danach wurden die verschiedene Regleransätze bewertet und ein geeigneter Regler für das System ausgewählt. Anschließend wurden die Simulation des Reglers und des ganzen Systems erstellt. Ein 3D-Modell wurde in der Simulation integriert. Der Schutz der Hardware wurde bei der Erstellung der Simulation besrücksichtigt. Das Mortorrad wurde durch die vom WiFi gesendeten Siganele aus der Ferne gesteuert. Das folgende Ergebnisvideo zeigt den Erfolg des Projekts.

	Um die ~~gewünschte~~ Ergebnisse zu erreichen, folgende Schritte ~~sind auch~~ erforderlich:		Um die gewünschten Ergebnisse zu erreichen, sind folgende Schritte ebenfalls erforderlich:

	1) ~~Durch~~ Verlagerung der Batterie an das Heck des Motorrads, so dass der Schwerpunkt des Motorrads direkt über der Bodenachse des Rads liegt.		1) Verlagerung der Batterie an das Heck des Motorrads, so dass der Schwerpunkt des Motorrads direkt über der Bodenachse des Rads liegt.

	2) Ermittelung der Gleichgewichtslage des Systems mit Hilfe des Trägheitsrades. Dies ist der IMU-Fehler.		2) Ermittelung der Gleichgewichtslage des Systems mit Hilfe des Trägheitsrades. Dies ist der IMU-Fehler.
Zeile 364:		Zeile 364:
	3) Einstellung des Fehlers		3) Einstellung des Fehlers

	Bis jetzt kann das Motorrad während der Fahrt ausbalancieren. Wegen der Begrenzung des Raums und der Zahl der Arbeiter wurde das Motorrad mit ~~hoheren~~ Geschwindigkeiten ~~kein~~ getestet. In der Zukunft könnte man ~~im Bereich~~ mit Ultraschall Sensor ~~weiter~~ arbeiten, um während der Fahrt ~~die~~ Hindernisse zu ~~vermeiden~~.		Bis jetzt kann das Motorrad während der Fahrt ausbalancieren. Wegen der Begrenzung des Raums und der Zahl der Arbeiter wurde das Motorrad nicht mit höheren Geschwindigkeiten getestet. In der Zukunft könnte man mit einem Ultraschall Sensor arbeiten, um während der Fahrt Hindernisse zu meiden.

	== Quelltext ==		== Quelltext ==

Junjie Lyu: /* Validierung des Reglers */

2022-01-05T10:26:26Z

Validierung des Reglers

Änderungen zeigen

Junjie Lyu: /* Realisierung des Reglers */

2022-01-05T10:16:43Z

Realisierung des Reglers

← Nächstältere Version		Version vom 5. Januar 2022, 12:16 Uhr
Zeile 238:		Zeile 238:
	== Realisierung des Reglers ==		== Realisierung des Reglers ==

	In ~~der Abbildung8~~ wird das Modul der Realisierung des Reglers gezeigt. Das Modul wird auch in [https://svn.hshl.de/svn/HSHL_Projekte/trunk/Arduino_Engineering_Kit/Selbstfahrendes_Motorad_mit_Arduino/Simulink/Realisierung_des_Reglers.slx SVN] ~~gelegt~~. Das Modul besteht aus vier Teilen. ~~Erstens~~ ist IMU Sensor Modul zur Messung des Neigungswinkels <math>\theta</math> und Rotationsgeschwindigkeit des Systems <math>\dot\theta</math>. Zweitens ist der ~~Kontroller~~, der obig diskutiert ~~wird~~. Drittens ist das Trägheitsrad, der vom ~~Kontroller kontrolliert~~ wird. Viertens ~~ist~~ die ~~Sicherheitsmaßnahme~~ für die Hardware. ~~Aus folgenden Aspekten werden~~ die ~~Sicherheit für das System~~ berücksichtigt: 1) Das Trägheitsrad dreht sich zu schnell (Gefahr der Beschädigung des Motors). 2) Das Motorrad "fällt" aus dem Bereich der "normalen" Abweichungswinkel heraus (Gefahr der Beschädigung des Trägheitsrades) 3) IMU ist nicht kalibriert (Gefahr der Destabilisierung des Reglers durch einen ungenauen Sollwert) 4) Der Akku ist nicht ausreichend geladen (Gefahr der Beschädigung der Batterie).		In Abbildung 8 wird das Modul der Realisierung des Reglers gezeigt. Das Modul wird auch in [https://svn.hshl.de/svn/HSHL_Projekte/trunk/Arduino_Engineering_Kit/Selbstfahrendes_Motorad_mit_Arduino/Simulink/Realisierung_des_Reglers.slx SVN] abgelegt. Das Modul besteht aus vier Teilen. Der erste Teil ist das IMU Sensor Modul zur Messung des Neigungswinkels <math>\theta</math> und Rotationsgeschwindigkeit des Systems <math>\dot\theta</math>. Zweitens ist der Controller, der obig diskutiert wurde. Drittens ist das Trägheitsrad, der vom Controller angesteuert wird. Viertens sind die Sicherheitsmaßnahmen für die Hardware. Folgende Aspekte für die Betriebssicherheit des Systems müssen berücksichtigt werden: 1) Das Trägheitsrad dreht sich zu schnell (Gefahr der Beschädigung des Motors). 2) Das Motorrad "fällt" aus dem Bereich der "normalen" Abweichungswinkel heraus (Gefahr der Beschädigung des Trägheitsrades) 3) IMU ist nicht kalibriert (Gefahr der Destabilisierung des Reglers durch einen ungenauen Sollwert) 4) Der Akku ist nicht ausreichend geladen (Gefahr der Beschädigung der Batterie).

	[[Datei:Realisierung des Reglers.png\|thumb\|500px\|none\|Bild8: Realisierung des Reglers. ~~Bild8~~ zeigt das Modell der Realisierung des Reglers [[Benutzer:Junjie Lyu\|Junjie Lyu]] ([[Benutzer Diskussion:Junjie Lyu\|Diskussion]]) 16:51, 11. Okt. 2021]]		[[Datei:Realisierung des Reglers.png\|thumb\|500px\|none\|Bild8: Realisierung des Reglers. Abbildung 8 zeigt das Modell der Realisierung des Reglers [[Benutzer:Junjie Lyu\|Junjie Lyu]] ([[Benutzer Diskussion:Junjie Lyu\|Diskussion]]) 16:51, 11. Okt. 2021]]

	== Validierung des Reglers ==		== Validierung des Reglers ==

Junjie Lyu: /* Simulation des Reglers */

2022-01-05T10:11:29Z

Simulation des Reglers

← Nächstältere Version		Version vom 5. Januar 2022, 12:11 Uhr
Zeile 174:		Zeile 174:
	== Simulation des Reglers ==		== Simulation des Reglers ==

	die Simulation des Reglers wird in der Abbildung 7.1 und 7.2 gezeigt und auch in [https://svn.hshl.de/svn/HSHL_Projekte/trunk/Arduino_Engineering_Kit/Selbstfahrendes_Motorad_mit_Arduino/Simulink/Regler_Simulation.slx SVN] ~~gelegt~~.		die Simulation des Reglers wird in der Abbildung 7.1 und 7.2 gezeigt und auch in [https://svn.hshl.de/svn/HSHL_Projekte/trunk/Arduino_Engineering_Kit/Selbstfahrendes_Motorad_mit_Arduino/Simulink/Regler_Simulation.slx SVN] abgelegt.
	Dabei gehen die 3D-~~Simulation von den Teilen~~ des Motorrades aus [https://aek.arduino.cc/ AEK-Seite] hervor.		Dabei gehen die 3D-Simulationen der Teile des Motorrades aus [https://aek.arduino.cc/ AEK-Seite] hervor.

	{\|		{\|
	\|[[Datei:Simulation des Reglers 1.png\|thumb\|links\|600px\|Bild 7.1: Simulation des Reglers. [[Benutzer:Junjie Lyu\|Junjie Lyu]] ([[Benutzer Diskussion:Junjie Lyu\|Diskussion]]) 12:57, 24. Okt. 2021]]		\|[[Datei:Simulation des Reglers 1.png\|thumb\|links\|600px\|Bild 7.1: Simulation des Reglers. [[Benutzer:Junjie Lyu\|Junjie Lyu]] ([[Benutzer Diskussion:Junjie Lyu\|Diskussion]]) 12:57, 24. Okt. 2021]]
	\|[[Datei:Simulation des Reglers 2.png\|thumb\|rechts\|600px\|thumb\|Bild 7.2: ~~Kontroller~~ des Systems.[[Benutzer:Junjie Lyu\|Junjie Lyu]] ([[Benutzer Diskussion:Junjie Lyu\|Diskussion]]) 13:00, 24. Okt. 2021]]		\|[[Datei:Simulation des Reglers 2.png\|thumb\|rechts\|600px\|thumb\|Bild 7.2: Controller des Systems.[[Benutzer:Junjie Lyu\|Junjie Lyu]] ([[Benutzer Diskussion:Junjie Lyu\|Diskussion]]) 13:00, 24. Okt. 2021]]
	\|}		\|}

Junjie Lyu: /* Bewertung verschiedener Regleransätze */

2022-01-05T10:09:28Z

Bewertung verschiedener Regleransätze

← Nächstältere Version		Version vom 5. Januar 2022, 12:09 Uhr
Zeile 170:		Zeile 170:
	\| Der PID-Regler erweitert den PD-Regler durch einen Integralanteil, der die Regelabweichung über der Zeit aufsummiert und die Summe mit dem Faktor <math>K_i</math> multipliziert. Dabei kann die Abweichung vollständig eliminiert werden.		\| Der PID-Regler erweitert den PD-Regler durch einen Integralanteil, der die Regelabweichung über der Zeit aufsummiert und die Summe mit dem Faktor <math>K_i</math> multipliziert. Dabei kann die Abweichung vollständig eliminiert werden.
	\|}		\|}
	~~In dem Projekt wird ein PD-Regler verwendet.~~Die Anhäufung von Fehlern im Laufe der Zeit kann sich nachteilig auswirken,um das Motorrad später auszubalancieren. Deshalb wird auf ein I-Glied verzichtet.		Die Anhäufung von Fehlern im Laufe der Zeit kann sich nachteilig auswirken,um das Motorrad später auszubalancieren. Deshalb wird auf ein I-Glied verzichtet. In diesem Projekt wird ein PD-Regler verwendet.

	== Simulation des Reglers ==		== Simulation des Reglers ==