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Topic: Verladebrücke-Projekt mit Winkelmessung und Motoransteuerung (Read 446 times) previous topic - next topic

Schuerre

Hallo zusammen :) ,

ich schreibe momentan meine Bachelorarbeit und möchte ein Verladebrückenmodell konzipieren.
Das Ganze soll eine Regelungsstrecke zum Üben für Studenten werden. Es soll soll mit zwei Arduino UNO R3's  und einer Modelleisenbahn, mit anhängendem Gewicht, welche auf einer Schiene fährt, bewerkstelligt werden. Die Idee ist folgende:

Eine Modelleisenbahn (Firma Fleischmann mit Gleichstrommotor) soll auf einer Schiene vorwärts und rückwärts fahren. An dieser Modelleisenbahn ist ein Gewicht angehängt. Dieses soll von Punkt A nach Punkt B transportiert werden und soll am Endpunkt B nicht mehr durchschwingen. Hierfür sind Ausgleichsbewegungen in Vor- und Rückwärtsbewegung nötig. Dazu bedarf es einer Regelung per Winkelaufnahme der angehängten Last und einer Drehzahlregelung mittels Leistungsstellglied (LSG) für den Motor der Eisenbahn. Das Leistungsstellglied soll hier das Trafo ersetzen. Das passende Regelungsprogramm befindet sich auf einem PC. Ein Arduino UNO soll als Bindeglied für den Datenaustausch zwischen PC und LSG dienen. Dieser soll dann angeben, wie schnell und in welche Richtung die Eisenbahn fahren muss, um die Ausgleichbewegung auszuführen.
Ein weiterer Arduino befindet sich am Gewicht, welches transportiert werden muss. Dieser soll dafür da sein, eine Winkelmessung durchzuführen. Die Daten des aktuellen Winkels dienen als Eingangssignal für die Regelung, womit Sie bestimmen kann, welche Ausgleichsbewegung später nötig ist.D iese Daten sollen demnach dann auch an den PC transportiert werden. Hierbei ist wichtig, dass die Angabe des Winkels sehr genau und sehr häufig (alle 200 ms) übertragen wird.

Nun zur Fragestellung:

Ich würde gern wissen, welche Komponenten nötig sind, um dieses Projekt zu realisieren. Ich habe mich schon ein bisschen schlau gemacht, bin allerdings absoluter Neuling mit Arduinos, elektrischen Schaltungen und alles was damit zu tun hat und könnte Tipps und Tricks gebrauchen, um es sinnvoll umzusetzen.

Zur Winkelmessung:

Ich würde gern ein MPU6050 benutzen, um den Winkel aufzunehmen. Um diese Daten dann an den PC zu senden, stand die Überlegung im Raum ein Ethernetshield zu benutzen und per Modbus TCP/IP den Datenaustausch laufen zu lassen. Das anzuschließende Ethernetkabel würde aber die freischwingende Bewegung des Gewichts behindern. Gibt es vielleicht eine Methode die Daten wireless zu übertragen? Ich habe etwas von einem Wifi-Shield gelesen, bin mir aber nicht sicher, ob dieses geeignet wäre für mein Projekt. Kann man sowas eventuell auch mit Bluetooth realisieren?

Zur Motoransteuerung:

Die Daten der Regelung/Ausgleichsbewegung sollen ja vom PC an den Arduino übertragen werden und dieser wiederum das LSG ansteuern mit der PWM. Hierzu ist nicht zwingend eine wireless-Methode notwendig aber eventuell sinnvoller? Desweiteren würde ich gern wissen, ob jemand eine Idee für ein geeignetes LSG hat, um den Trafo zu ersetzen?


Ich hoffe ich habe alles verständlich und klar dargestellt. Wenn nicht bitte melden und ich versuche Klarheit zu verschaffen.

Liebe Grüße


P_Extruder

...soll am Endpunkt B nicht mehr durchschwingen...
Das liest sich für mich wie das Schwingen eines Pendels, das vertikal unter dem Zug hängt. Sowas gibt´s natürlich in der Realität nicht.

Bin kein Eisenbahner und weiß deshalb nicht, ob damit im Fachjargon vielleicht das horizontale Schwingen gemeint sein könnte, das beim Auflaufen der einzelnen Wagen auf den "Vordermann" - zumindest in früheren Zeiten - entsteht/entstand.

Und was sollen die Studenten üben? Habe ich da was überlesen?

noiasca

ich würde nicht mit Wireless-Shield hantieren, sondern anfängerfreundliche Wemos D1/NodeMCU verwenden und mich gleichzeitig über mehr Speicher und höheren Takt freuen.

Wenn der MPU unbedingt seinen eigenen Prozessor verwenden soll, und wireless sein soll, auch an dessen Stromversorgung denken. Erst wenn alles funktioniert wie es soll, einen NodeMCU gegen einen nakten ESP8266-E12 austauscen.


Ein schematisches Bild deines Versuchsaufbaues würde mehr verständnis schaffen.
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Schuerre

Erst ein Mal vielen Dank für die wirklich schnellen Antworten.

Das liest sich für mich wie das Schwingen eines Pendels an, das vertikal unter dem Zug hängt. Sowas gibt´s natürlich in der Realität nicht.
Genau so kann man sich das vorstellen. Es ist mit einem Pendel zu vergleichen was sich genau unterhalb der Eisenbahn befindet. Man kann es sich also auch ähnlichen wie eine Laufkatze eines Krans der Last transportiert vorstellen. Und an dieser Last soll sich ein Arduino mit Winkelmessungsmöglichkeiten befinden.


Und was sollen die Studenten üben? Habe ich da was überlesen?
Die Studenten sollen in einem Praktikumsversuch dann das Regelungsprogramm (BORIS) so programmieren, dass die Regelung wie gewünscht abläuft. Ich muss im Rahmen meiner Bachelorarbeit nun nur den Aufbau der Regelungsstrecke vornehmen.

Schuerre

Ein schematisches Bild deines Versuchsaufbaues würde mehr verständnis schaffen.
Das werde ich so schnell wie möglich aufzeichnen und hier hochladen. Tut mir leid wegen der verwirrenden Erklärung. Wenn man den Aufbau vor Augen hat erscheint die Erklärung einleuchtender :)

combie

PCs sowieso und auch das WLAN haben unkalkulierbare Latenzzeiten.
Meist weit von einem Verhalten entfernt, welches man "Realtime" nennt.
Stelle mir es schwierig vor, unter diesen Bedingungen, eine schöne Regelung hin zu bekommen.


Der PC ist allerdings prächtig dazu geeignet, Messreihen auszuwerten.
Regelstrecken zu simulieren.
Die Regelparameter zu bestimmen.

Von daher würde ich versuchen, die eigentliche Regelung auf dem Arduino laufen zu lassen.

Die beiden Arduinos könnten über nRF24L01+ miteinander quatschen.
Das ist recht einfach, preiswert und leistungsfähig

Man sollte keine Dummheit zweimal begehen, die Auswahl ist schließlich groß genug.
Quelle: Jean-Paul Sartre

Rentner

Hallo,

eigendlich muss das eine ziemlich schnelle Reegelstrecke werden, das Pendel ist ja nicht 20m lang, wie bei realen Container-Kränen, also die Pendelfrequenz entsprechend niedrig.

Ich denke mit den Latenzzeiten der Datenübertragung und des Rechners gibt das letztlich zu viele Totzeiten für einen dynamischen Regelvorgang. Die Regelung müsste also auf den Arduino mit drauf. Über Schwingungsversuch Messreihen die zum PC gesendet werden, könnte man auf dem PC die Regelparameter berechnen und die dann zum Arduino schicken und den Versuch machen. zur Auswertung des Versuchs müsste man dann die gesammelten Daten anschliessend nach dem Versuch wieder zum PC schicken. Wenn man dazu nicht unbedingt jedem Messwert zeitlich nah darstellen will kann man ja auch z.B immer 10,20,50 Messerte als Paket senden. damit wird dann der overhead relativ viel kleiner. Es sollten ja dann auch Daten zu Stellgrösse ,Istwerte, Position & Winkel & Beschleunigung, Reglergrössen und sonst noch .... sein.  


In der Indutrie werden ja auch Ethernet Verbindungen zur dezentralen Peripherie verwendet, das sind aber spezielle E/A Protokolle die genau dazu gemacht wurden.

Link

Heinz

michael_x

Quote
eigendlich muss das eine ziemlich schnelle Reegelstrecke werden
"Ziemlich" ist eine passende Maßeinheit. Bis eine Modellbahn - Lokomotive sich bewegt, dauert es schon etliche Millisekunden.
Aber generell sähe ich die Aufgabenteilung auch so, dass der PC das Soll-Ziel vorgibt und die eigentliche Steuerung ( Anfahren, Winkel messen, Beschleunigung der Laufkatze messen, Winkelgeschwindigkeit berechnen , Verzögerungs-Regelung ) direkt an der Laufkatze (Modellbahn) erfolgt. 
Auch eine Funk-Übertragung der Winkel-Messung aus der angehängten Last erzeugt unnötige und merkbare Verzögerungen und variable Latenz-Zeiten je nach Übertragungsprotokoll, fürchte ich.
Aber das ist ja nicht Bestandteil dieser Bachelor-Arbeit :)

noiasca

Aber das ist ja nicht Bestandteil dieser Bachelor-Arbeit :)
Hoffentlich schon - oder gerade eben. Für mich gehört der Aspekt der Datenübertragung IN die Arbeit eines Bachelors!(!!!) und dann eine Entscheidungsempfehlung für die eine oder andere Art der Übertragung. Was hilft die Beschreibung eines Versuchsaufbaus, wenn die Frage der Datenübertragung von der Messtelle zur Steuerung und/oder Auswertung nicht mit geklärt wäre.

Sonst beschränkt sich der Bachelor auf die Frage: Kaufen wir die grüne Diesellok oder die rote Schnellzug-Lokomotive von Fleischmann. Das finde ich ein wenig mager.
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P_Extruder

...Regelungsprogramm (BORIS)...
Danke für den Hinweis auf BORIS - da habe ich also nichts überlesen ! Niemand meines Jahrganges hätte in diesem Zusammenhang beim Stichwort BORIS nicht an Boris Jelzin und seine Gleichgewichtsprobleme gedacht  ;)
Damit stand bzw. wackelte er ja nicht allein, denn damals flogen auch zweibeinige Roboter vorzugsweise auf die Schnauze.
Naja, "wer zu spät kommt, den bestraft das Leben" (Gorbi) war in der Kybernetik schon früher bekannt und was Reaktionsgeschwindigkeit betrifft gibt es hier ja schon entsprechende Kommentare.

Ein Link zu besagtem BORIS wäre (mir) willkommen.

Rentner

Hallo,  

Google ??

webseite Boris


es handelt sich im Wesentlichen um eine Simuationssoftware.Habe das nur mal kurz überflogen , bin mir nicht sicher ob man das überhaupt für die reale Welt verwenden kann. Ich hab was von Schnittstellen zu A/D Wandlern gelesen. Es scheint aber eine Möglichkeit zu geben für simulierte Regler einen C Code zu erzeugen, da könnte dann die Schnittstelle zu einem realen uP System zu liegen.

Heinz

Rentner

"Ziemlich" ist eine passende Maßeinheit. Bis eine Modellbahn - Lokomotive sich bewegt, dauert es schon etliche Millisekunden.
Aber generell sähe ich die Aufgabenteilung auch so, dass der PC das Soll-Ziel vorgibt und die eigentliche Steuerung ( Anfahren, Winkel messen, Beschleunigung der Laufkatze messen, Winkelgeschwindigkeit berechnen , Verzögerungs-Regelung ) direkt an der Laufkatze (Modellbahn) erfolgt. 
Auch eine Funk-Übertragung der Winkel-Messung aus der angehängten Last erzeugt unnötige und merkbare Verzögerungen und variable Latenz-Zeiten je nach Übertragungsprotokoll, fürchte ich.
Aber das ist ja nicht Bestandteil dieser Bachelor-Arbeit :)
Hallo,

Na ja über  der Bewegung des Zuges hatte ich noch gar nicht nachgedacht. Hatte mir ehr das Pendel (istwert) vorgestellt 1m lang sagen wir mal.  ich würde ich jetzt mal davon ausgehen das der Zug die doppelte Geschwindigkeit des Pendels erreichen sollte und bei der Beschleunigung ebenso. Da muss man jetzt halt erst mal rechnen.

Gruß Heinz

P_Extruder

Hallo Opa Heinz,  

Google ??

Wollte den Fragesteller eigentlich ermutigen, solche Suche den Befragten abzunehmen.
Erwartet hatte ich allerdings, dass erkannt wird, dass mein Zwinker-Smiley den vorangesetzten Satz als Scherz kennzeichnen soll.

gregorss

... bin allerdings absoluter Neuling mit Arduinos, elektrischen Schaltungen und alles was damit zu tun hat und könnte Tipps und Tricks gebrauchen, um es sinnvoll umzusetzen.
Erinnere Dich an Schulphysik, speziell Elektrizitätslehre :-) Und denk dran: 230 V tun weh.

Sieh Dir hinsichtlich Programmiererei schon einmal an, wie so ein Programm funktioniert (das „eigentliche Programmieren"/Tippen ist letztlich nicht so wild) - es gibt z. B. eine Programmier-„Strategie", die mehr oder weniger gleichzeitig verschiedene Dinge steuern lässt.

Was mir dazu eingefallen ist, steht hier.

Generell erscheint mir die Idee mit der Winkelmessung als „interessante Alternative" zu dem, was mir zum Ursprungsproblem einfällt: Messung/Eliminierung einer gemessenen Beschleunigung statt Winkelmessung am Pendel. Mit anderen Worten: Ich würd's anders machen :-)

Gruß

Grregor
Nicht lange fackeln, lass' Backen wackeln! (Seeed)

michael_x

Quote
Und denk dran: 230 V tun weh
Gregor, hat dein Bot auf den falschen Thread geantwortet?

Fleischmann Modellbahnen tun weh, wenn sie vom Tisch fallen.


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