Es geht darum, das Balancieren des Einachsers gegenüber dem Resultat mit einem gegebenen Testregler zu verbessern.

Jede Gruppe sollte sich hierbei für ein anderes Vorgehen entscheiden und dann im Verlauf des Workshops dabei bleiben.

Im Unterricht in der KW 22 wird schon die Entscheidung für die Aufgabe fallen und es wird bereits an der Lösung gearbeitet.

Wie die Teilaufgaben innerhalb der Gruppen unter den Gruppenmitgliedern verteilt werden bleibt freigestellt, sollte aber auch verbindlich innerhalb der Gruppe organisiert werden.

Denkbar wäre, dass sich die Viertsemester auf die Dokumentation konzentrieren und die Sechstsemester das Konzept theoretisch voranbringen, sowie dass die Viertsemester eher auf der Hardware- die Sechstsemester eher auf der Softwareseite arbeiten. Aber das muß nicht so sein. In jedem Fall ist gewünscht, dass es einen regen Wissenstransfer innerhalb der Gruppe gibt.

Ob der Wissenstransfer von den Sechstsemestern zu den Viertsemestern gelingt, kann auch Anhaltspunkt dafür sein, ob die Poster, die ja für i.d.R. nicht weiter vorgebildete Besucher als Zielgruppe konzipiert werden sollen, auch für diese verständlich sein werden.

Insbesondere sollte als Resultat am Ende in jeder Gruppe am Abend des 25.5. folgendes vorliegen:

Jede Gruppe sollte das entstandene Material am Abend des 25.5. an den Dozenten (Poster / Quelltext usw.) mailen.

Es werden nachfolgend sechs Themenvorschläge gegeben, auf welche Weise sich eine Gruppe entscheiden kann, das Balancieren des Einachsers weiter zu verbessern.

Es steht jeder Gruppe auch frei einen eigenen Vorschlag zu machen und zu bearbeiten. Dies muß aber dann im Vorfeld mit dem Dozenten besprochen und von diesem genehmigt werden.

In einer gemeinsamen Diskussion sollte zudem ein Konsenz bei der Themenwahl angestrebt werden, bei dem jede Gruppe möglichst ein anderes Thema bearbeitet.

Diese Entscheidung bleibt den Sechstsemestern am Montag 25.5. innerhalb der Vorlesung Regelsysteme vorbehalten. Die Viertsemester sollten sich dann gemäß ihren Interessen - aber möglichst gleichmäßig - auf die vier Gruppen verteilen.

Folgende alternative Varianten zur Verbesserung des Balancierens werden zunächst als Wahlmöglichkeit angeboten:

Zu jedem der nachfolgend vorgestellten Themen wird vom Dozenten passendes Zusatzmaterial bereitgestellt. Dieses wird entweder direkt an die Gruppe gegeben, oder an dieser Stelle zum Download bereit gestellt werden.

Damit alle etwas von den Gruppenarbeiten haben, soll das Vorgehen der einzelnen Gruppen offen in der Vorlesung Regelsysteme diskutiert und gemeinsam optimiert werden. Bei Bedarf soll auch theoretisches Handwerkszeug in der Vorlesung ergänzt werden. Alle sollen an allen Projekten inhaltlich teilhaben. Außerdem könnten im Nachgang zum Tag der Offenen Tür innerhalb der Vorlesung die Ergebnisse des Workshops weiter ausgewertet werden.

Für den Mikrocontroller des Balalncierers wird eine Software entwickelt, die zyklisch vollautomatische Testläufe für das Balancieren durchführt und dadurch ein modifiziertes Gradientenverfahren oder/und eine Parametervariation zur Suche nach optimalen Regelparametern realisiert.

Um die Ergebnisse dauerhaft verfügbar zu machen, könnten sie nach einer gewissen Anzahl an Versuchsdurchläufen seriell an einen PC gesendet werden oder/und im EEPROM des Mikrocontrollers abgelegt und als Ausgangspunkt für Nachfolgeversuche genommen werden.

Passende Links auf kramann.info

Ausgehend von einer bereits befriedigenden Parametereinstellung des Reglers soll diese während des Balancierens stetig leicht variiert und automatisch geprüft werden, ob eine Verbesserung im Verhalten entsteht. Im Falle einer Verbesserung sollen die neuen Einstellungen wieder Ausgangspunkt für weiteres automatisiertes Tuning sein.

Auch hier sollten, um die Ergebnisse dauerhaft verfügbar zu machen, die Ergebnisse per Auslöser (z.B. Hinlegen des Fahrzeugs) seriell an einen PC gesendet werden oder/und im EEPROM des Mikrocontrollers abgelegt werden, um als Ausgangspunkt für Nachfolgeversuche dienen zu können.

Passende Links auf kramann.info - wie Thema 1

Gemäß der aktuell in der Vorlesung behandelten Thematik soll für den Einachser ein Zustandsregler mit beobachter entworfen und implementiert werden.

Einerseits erhalten Sie von Seiten des Dozenten Unterstützung in Form von Theorie und bereits entwickelten Teillösungen. Zum anderen wird es aber schwierig sein, diesen Ansatz zeitnahm zum Erfolg zu bringen, da derzeit wenig Sicherheit darüber herrscht, in welchem Maße das zugrunde liegende Simulationsmodell hinreichend genau ist. D.h. womöglich muß auch erneut eine Sprungantwort aufgenommen und das System neu identifiziert werden. Desweiteren bedeutet der erhöhte Rechenaufwand durch das mit-integrieren eines Beobachtermodells auch, dass sich die Totzeit gegenüber dem bisherigen direkten Ansatz erheblich erhöht. Hier gilt es diese Erhöhung zu identifizieren und eventuell durch die weiter unten in Thema 5 angesprochene Umstellung von Fließkomma auf Integer-Berechnungen wieder zu verringern.

Passende Links auf kramann.info

Unter dem Stichwort "Balancing Robots" sind im Internet eine Vielzahl interessanter Projektvarianten beschrieben.

Die Gruppe, die dieses Thema übernimmt sollte eine umfassende Internetrecherche durchführen und vielversprechende Ansätze, die sich an den hier verfügbaren Einachser anpassen lassen sammeln und auch auf den Postern dokumentieren. Jedoch soll dies nicht im Vordergrund stehen. Ziel wird es sein, etwas zu identifizieren, was zu einem Durchbruch für das hiesige Projekt führen könnte und dies dann zu versuchen umzusetzen.

Dies könnte beispielsweise eine verbesserte Nutzung des Sensors durch eine im Internet verfügbare Library sein, oder ein programmiertechnisch umgestzte Methode zu Filterung der Sensordaten, oder auch eine Hardwareanpassung.

Hier schon einmal einige vorausgewählte externe Links

Fließkommaberechnungen verbrauchen unverhältnismäßig mehr Rechenzeit auf einem Mikrocontroller als Berechnungen mit ganzen Zahlen, insofoern der Prozessor kein spezielles Rechenwerk und einen entsprechend erweiterten Befehlssatz zur Durchführung speziell von Fließkommaberechungen besitzt.

Zunächst sollte geprüft werden, welches Potential in einer Umsetzung des Regelalgorithmus als Integer-Berechnung statt als Fließkommaberechnung liegt: Es gibt ja Programmteile, auf die diese Maßnahme nicht anwendbar ist, wie das Holen neuer Meßwerte über den I2C-Bus.

Dann sollte gut überlegt werden, welche Schwierigkeiten einer Umsetzung entgegenstehen und welche grundsätzlichen Maßnahmen ergriffen werden können, um diese zu bewältigen. Beispiel: Liegen in der Fließkommaberechnung Zahlen kleiner als 1 vor, müssen diese temporär mit Faktoren versehen werden, um sie als Integer-Zahlen repräsentieren zu können. Auch wenn Divisionen auftreten, bei denen der Zähler betragsmäßig kleiner ist als der Nenner, ergeben sich ähnliche Probleme.

Das Festhalten an MKS-Einheiten wird nicht haltbar sein. Transformationen müssen mit Bedacht und sehr sorgfältig gemacht werden, um Fehler zu vermeiden.

Wie können die notwendigen Transformationen so transparent gestaltet werden, dass es trotzdem leicht möglich ist in einer extern durchgeführten Optimierung gefundene Regelparamater auf der basis von MKS-Einheiten auf das Programm zu übertragen?

Das Prinzip eines Fuzzy-Reglers war bisher nur Gegenstand der Vorlesung Echtzeitsysteme, könnte aber durch Wahl dieses Themas noch Eingang in die reguläre Vorlesung Regelsysteme finden.

Fuzzy-Regler ermöglichen durch die Umsetzung zunächst sprachlich formulierter Regeln verschiene Bereiche des Zustandsraumes eines zu regelnden Systems jeweils anders zu regeln. Durch Überlappung dieser Bereiche ergibt sich beim Fuzzyregler so ein den Zustandsraum ohne Sprünge abdeckendes nicht-lineares Regelverhalten.

Beispielsweise die experimentell als günstig gefundene Quadrierung des P-Anteils könnte mit einem Fuzzy-Regler angenähert abgebildet werden und womöglich eine noch weiter differenzierende Strategie.

Passende Links auf kramann.info