Regelungstechnik: Führungsgröße bestimmen

Hallo allerseits...

ich bin gerade an einem Projekt dran, bei dem ich einen Regelkreis digital implementieren möchte. Ich lese jetzt schon seit geraumer Zeit Regelungstechnik-Tutorials usw., aber irgendwie wird dort auf meine Frage nicht wirklich eingegangen. Vielleicht stehe ich aber auch total auf dem Schlauch. Daher würde ich mich sehr freuen, wenn ihr mir einen kleinen Wink mit dem Zaunpfahl geben würdet :)

Es geht um ein ferngesteuertes Auto, welches sich auf ein Hindernis zu bewegt. Die Entfernung messe ich mit dem SRF02, die Steuerung erfolgt mit einem ATmega. Die Fernbedienung liefert mir Werte von ca. 200 (100% Schub nach hinten) bis 300 (100% Schub nach vorn). Diese möchte ich entsprechend verändern, dass das Auto niemals gegen die Wand fährt. Also quasi: Je schneller das Auto fährt, desto mehr muss ich bremsen.

Hier mal ein Teil meiner bisherigen Gedanken dazu:
Aus zwei Messungen des SRF02 kann ich die Geschwindigkeit bestimmen, pro Messung den Abstand.

Der nächste Schritt wäre ja jetzt, aus diesen gegebenen Sachen eine Führungsgröße zu bestimmen, um anschließend die Regelstrecke zu bilden.

Aber irgendwie hakt es in meinem Kopf, diesen Schritt auszuführen.

Daher würde ich mich sehr über eure Hilfe freuen!!

Hier habe ich es skizziert. Du rechnest den Wert der Fernbedienung mit dem Abstand zusammen. Das ist dein Sollwert. Diesen vergleicht der Regler mit der aktuellen Geschwindigkeit. Es könnte sein, dass du den Wert der FB bzw den Abstand anpassen musst. Die Geschwindigkeit musst du begrenzen, damit du nicht zu schnell wirst. Ich würde noch eine Zeile in das Programm einbinden: wenn Soll > Fernbedienung => Soll = Fernbedienung

Du musst aber auch beachten, dass sich die Werte fürs Rückwärtsfahren umdrehen.

MfG Hannes

Es ist günstig, wenn man sich erstmal klar macht, welche Schnittstellen man zum System hat und wie man das erwünschte Ziel (= nicht anstoßen) physikalisch definieren kann.
Nicht anstoßen heißt, dass der Abstand Fahrzeug - Hindernis nie Null (oder gar negativ) werden soll. Es soll also letztlich eine Strecke (Abstand) geregelt werden.
Eingreifen kann die Regelung über die Versorgung der Motoren mit Energie, die zum Beschleunigen oder Bremsen benützt werden kann. Genaues über diese Einflußnahme weiss man nicht, man könnte zum Beispiel annehmen, dass die Schubkraftvorgabe proportional zur Beschleunigung des Fahrzeugs ist (was sicherlich vereinfachend ist).
Als weitere Größe können wir die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmen.

Ziel des Reglers sollte sein, die (Brems-)Beschleunigung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit so zu steuern, dass der Abstand niemals Null wird. Es wird dabei eine maximale Beschleunigung geben, die (bauartbedingt) nicht überschritten werden kann. Unterstellt man eine konstante Beschleunigung, dann ergibt sich ein quadratischer Zusammenhang zwischen Fahrgeschwindigkeit und notwendigem Bremsweg (so lernt man das auch in der Fahrschule als Faustformel für den Bremsweg ). Der im Link angegebene Faktor k müsste für Dein Fahrzeug noch extra bestimmt werden.

Die Geschwindigkeitsbestimmung über die Differenz zweier US-Messungen ist eventuell kritisch. Möglicherweise kann es sinnvoll sein, wenn man die Geschwindigkeit anders misst (z.B. Zählen der Radumdrehungen pro Zeiteinheit). Vielleicht geht es aber auch so, wie Du es vorschlägst.

Zitat:

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Zitat von -skunk-

... irgendwie hakt es in meinem Kopf ...

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Das ist ein typisches Symptom bei längerer Beschäftigung mit der Regelungstechnik; ich hatte mehrere Tage gebraucht, bis ich darin einigermassen fit war. Ich rate Dir, das hübsche Wiki dazu durchzulesen, klick hier. Knapp unter der verlinkten Stelle steht auch ein Codebeispiel für die Realisierung eines digitalen Reglers.

Parallel zum Lesen hatte ich mir meine Datenerfassung und Sizzen für die Software notiert, siehe hier:

............Bild hier  

(M)Ein Codebeispiel ist hier zu sehen (klick). Wichtig natürlich die Aufnahme der Sprungantwort, siehe z.B. bei meinem Beispiel hier und daraus die Berechnung der Regelparameter nach dieser Vorschrift. Und das Ergebnis funktioniert bei meinen Dosen prima. Bei meinem WALL R, einem umgebauten RC-Car (ohne RC, nur die on-board-Sensorik) geht der Abstand seitlich und nach vorne an a) den Lenkservo und b) eine Geschwindigkeitsvorgabe, letztere aber ohne Rückführung.


Auch mit einer IR-Fernbedienung ausgelöst.

Zitat:

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Zitat von oberallgeier

Ich rate Dir, das hübsche Wiki dazu durchzulesen, klick hier. Knapp unter der verlinkten Stelle steht auch ein Codebeispiel für die Realisierung eines digitalen Reglers.

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Na endlich einmal etwas brauchbares in D verfasst das auch noch gut nachvollziehbar ist!

Danke für den Link. :-)

Gruß Richard

Hui, vielen Dank für die Antworten. Ich werde das mal in Ruhe nachvollziehen. Daher entschuldigt, wenn ich nicht sofort zurückschreibe! Vermutlich werde ich erst Anfang nächster Woche dazu kommen...

Sodele...da bin ich wieder ^^
Ich habe mittlerweile herausgefunden, dass, wie ranke bereits sagte, die Geschwindigkeitsmessung aus 2 Abstandsmesswerten schon ziemlich beschissen ist :) Also lieber nur den reinen Abstand nehmen.

Trotzdem komme ich gedanklich nicht bei der Bestimmung von 'w' weiter. Im Endeffekt muss ich mir x und den Abstand angucken, daraus dann w errechnen, wenn ich das richtig verstanden habe.

@oberallgeier: Du gibt in deiner "Mitschrift" eine Formel zur Berechnung von w auf. Ich komme aber nicht dahinter, wie du das gemacht hast?!? Ich habs echt irgendwie noch nicht raus :\

Ich würde versuchen die Geschwindigkeit aus Radencodern zu berechnen und zusammen mit dem gemessenen Abstand zum Hindernis dann den Bremsweg b.z.w. die nötige Verzögerung zu ermitteln. Also je geringer der Abstand um so stärker Fahrt heraus nehmen b.w. bei sehr kleinen Abstand auch bremsen.

Bei x Geschwindigkeit und Y zur Verfügung stehender Wegstrecke sollte das doch machbar sein?

Gruß Richard

Naja, die Geschwindigkeit habe ich ja bei meinem Aufbau nicht. Wenn wir davon ausgehen, dass das auch so bleibt, habe ich nur den Abstand und das Signal von der Fernbedienung. Ich würde also auch sehen, wenn der "Fahrer" weniger Gas gibt und könnte das mit einbeziehen...

Zitat:

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Zitat von -skunk-

Naja, die Geschwindigkeit habe ich ja bei meinem Aufbau nicht. Wenn wir davon ausgehen, dass das auch so bleibt, habe ich nur den Abstand und das Signal von der Fernbedienung. Ich würde also auch sehen, wenn der "Fahrer" weniger Gas gibt und könnte das mit einbeziehen...

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Hmm, das verstehe ich jetzt gerade nicht ganz. Wenn man etwas Regeln will braucht man auch Regel Parameter. Das muss jetzt nicht Geschwindigkeit sein, Tick's welche den zurück gelegten Weg beschreiben und mit dem zur Verfügung stehenden Weg vergleichen, könnten auch ausreichen.

Nur mit dem Abstand alleine wird es aber wahrscheinlich Probleme geben. :-(

Gruß Richard