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© Guido Kramann

Herleitung eines mechatronischen Modells für ein einachsiges Vehikel

Bild 0-1: VRML-Animation Einachser

Ein kleines Fahrzeug soll sich lediglich auf einer Achse mit zwei Rädern bewegen.
Damit das gelingt, muß eine regelungstechnische Aufgabe gelöst werden: Tritt eine Verkippung des Rumpfes auf, so muß durch eine Beschleunigung in die gleiche Richtung diese wieder ausgeglichen werden.
Die Möglichkeiten und Grenzen der Regelung sollen vor dem Bau des Einachsers mit Hilfe eines Simulationsmodells untersucht werden.

Bild 0-2: Freiheitsgrade Einachser

Das Fahrzeug soll mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben werden. Die Aufgabe der Regelung soll ein Mikrocontroller übernehmen, der das Signal eines Entfernungssensors verarbeitet und ein Pulsweiten moduliertes Signal an den Elektromotor weitergibt.
Somit ergeben sich zwei Teilmodelle: Das mechanische Teilmodell und das elektrische Teilmodell.
Eine Schnittstelle zwischen den elektrischen und mechanischen Komponenten des Modells, ist das vom Motor aufgebrachte Antriebsmoment. Es fließt zunächst als zu jedem Zeitpunkt bekannte Größe M in das mechanische Modell ein.
Die Wirkrichtung dieser Schnittstelle geht von dem elektrischen Teilmodell hinein in das mechanische Teilmodell.
Eine zweite Schnittstelle stellt den Abstand des Sensors vom Boden dar. Dieser ergibt sich aus der Lage des mechanischen Modells und ist der Input des Sensors im elektrischen Teilmodell.
Der Rumpf samt allem was dazu gehört, wie Batterie, Stator des Elektromotors etc. und auf der anderen Seite die Achse samt Rädern und Rotor des Elektromotors, können als Mehrkörpersystem bestehend aus zwei starren Körpern betrachtet werden.
In der Ebene werden Sie als ein Quader, der gelenkig mit einem zylindrischen Rad verbunden ist symbolisiert. Das Rad steht auf dem Boden.

Bild 0-1: Sensorik und Aktuatorik beim Einachser