Regelungstechnik: Führungsgröße bestimmen

[-skunk-]

Ja okay, das is klar. Die Frage war eher nur, ob das vom Sinn her passt. Meine Funktion zur Berechnung der Führungsgröße muss quasi nur als Endwertebereich Werte enthalten, die passend zum Ist-Wert sind. In meinem Beispiel, bei Ist-Werten zwischen 200 und 300, müssen die Sollwerte auch in diesem Bereich liegen (oder eben 250-300, wenn ich nicht rückwärts fahren möchte)...

[ranke]

Das wäre dann das lästige Skalierungsproblem. Ich würde das so (zu) lösen (versuchen), dass die Skalierung der Eingangswerte als erste Tätigkeit stattfindet und zwar auf ein Format, das sinnfällig ist und dem Rechenprozess angepasst. Bei einer 8-Bit Variablen für die Fahrgeschwindigkeit könnte man z.B. +127 für die Maximalgeschwindigkeit vorwärts, 0 für Stillstand, -128 für Maximalgeschwindigkeit rückwärts nehmen. Es sind aber beliebige andere Formate auch denkbar. Den gesamten Rechenprozess würde man in den sinnfälligen Formaten abwickeln und ganz am Schluß das Endergebnis (mittels Addition mit 250 und eventueller Multiplikation mit einer Konstanten) auf den vom Motortreiber nötigen Wert wandeln.
Den Vorteil sehe ich darin, dass man bei der Rechnerei den Prozessor gut ausnutzen kann und dass die Zwischenergebnisse auch leicht interpretierbar sind. Wenn Du in einer höheren Sprache als Assembler programmierst, sind Dir wahrscheinlich schon viele Überlegungen abgenommen, trotzdem halte ich es auch dort sinnvoll, wenn die Geschindigkeit Null auch dem Zahlenwert Null entspricht (sowohl beim Eingang des Messwerts, als auch bei der Führungsgröße, als auch bei allen beteiligten Berechnungen bis zur Steuergröße). So etwas macht wenig Mühe, ist aber eine großartige Hilfe, die Übersicht zu behalten, besonders wenn der Regelalgorithmus später komplizierter wird als man vorher denkt.

[-skunk-]

Hm na gut...so lästig ist es doch gar nicht

Also sähe es momentan so aus, dass ich als Istwert die momentane Stellung des Knüppels habe. Den Sollwert bestimme ich mit dem Abstand und der Geschwindigkeit. Die Differenz ergibt meine Regelabweichung, die in den Regler gebe.

Ich frage mich gerade allerdings, ob es nicht viel einfacher und sinnvoller ist, eine Steuerung zu verwenden. Denn die Knüppelstellung ist ja relativ unabhängig vom momentanen Abstand und der Geschwindigkeit. Ich kann ja mit der Fernbedienung schon "bremsen", während das Auto noch weiterrollt. Vielleicht wäre es da einfach sinnvoller, anhand von Abstand und Geschwindigkeit einen vorgegeben Steuerwert zu errechnen und unabhängig von den "Eingaben" des Fahrers zu steuern. Was meint ihr?

[ranke]

Vielleicht wäre es da einfach sinnvoller, anhand von Abstand und Geschwindigkeit einen vorgegeben Steuerwert zu errechnen und unabhängig von den "Eingaben" des Fahrers zu steuern. Was meint ihr?

Folgender Vorschlag:

Führungsgröße/Sollwert:
Aus der Abstandsmessung und der momentanen Geschwindigkeit errechnet man eine maximal zulässige Geschwindigkeit. Das ist auch die Führungsgröße, außer die Knüppelstellung gäbe eine geringere Geschwindigkeit vor, dann wäre die Knüppelstellung die Führungsgröße

Ist-Wert:
die momentan gemessene Fahrgeschwindigkeit. Wenn man die nicht messen kann oder will, dann kann man sich überlegen, ob man die auch aus sonst vorhandenen Werten abschätzen kann.

Regler:
rechnet die Differenz aus Soll-Wert und Ist-Wert. Die Regeldifferenz wird im einfachsten Fall noch mit einem (noch zu bestimmenden) Faktor multipliziert und wie weiter oben besprochen skaliert (P-Regler). Will man weiter optimieren, dann kann man auch etwas komplizierter rechnen (I- und D-Anteile).

[-skunk-]

Ja, fast genau so sehe ich das auch

Die von dir angesprochene, maximal zul. Geschwindigkeit ist also der Wert, um den ggf. "gekürzt" wird. Geregelt wird dann also nur, wenn meine Knüppelstellung diesen "Wert" überschreitet. (Nicht ganz so einfach, aber so in etwa )

Mein Ansatz wäre momentan die Zeit, um diesen Wert zu bestimmen. Wenn die Zeit, bis das Auto die Wand erreicht, konstant bleibt (per Definition), ist sie nach s=v*t abhängig von
a) meiner Geschwindigkeit v und
b) dem Abstand s zur Wand.

Wenn ich diesen Wert unterschreite, kann ich mit v = s/t die maximal zulässige Geschwindigkeit errechnen.

Wäre der Ansatz akzeptabel zum weiter verfolgen...oder gibt's da bessere Ansätze?

[ranke]

Wenn man eine bei gegebener Geschwindigkeit v eine konstante Bremsverzögerung a über die Bremsstrecke s annimmt dann gilt:
s = v^2/(2a)
für die Bremsstrecke bis zum Stillstand.
Selbstverständlich ist die konstante Bremsverzögerung nur eine willkürliche Annahme (aber vielleicht fürs erste einmal akzeptabel).

[PICture]

Hallo!

Sorry, dass ich mich einmische, aber das Problem scheint mir mit einfachen Regler unlösbar zu sein. Meine Meinung nach müsste man das Fahrzeug als Mealy-Automaten realisieren und die Eingabe vom Joystick nicht als Sollwert für Geschwindigkeit/Bremsen annehmen.

MfG

[-skunk-]

@ranke:
Ja, die Bremsweg-Formel ist mir auch über den Weg gelaufen. Allerdings fehlt mir diese Bremsbeschleunigung so gänzlich...und wenn wir dann bei "irgendwas" annehmen sind, fällt mir wieder (zu) viel ein :\

@PICture:
Ja...das ist alles nichts Halbes und nichts Ganzes hier, das hab ich auch bemerkt

[ranke]

Allerdings fehlt mir diese Bremsbeschleunigung so gänzlich...und wenn wir dann bei "irgendwas" annehmen sind, fällt mir wieder (zu) viel ein :\

Wenn das Fahrzeug schon existiert, kann man die möglichen Bremsbeschleunigungen abschätzen. Denkbar wäre, die Auslaufstrecke ohne Antrieb (exakter: ohne dass durch den Antriebsmotor Strom fließt) aus einer bekannten Geschwindigkeit zu messen. Alternativ kann man auch den Rollwiderstand des Fahrzeugs messen (auch ohne Motorstrom).
Ein dritter möglicher Versuch wäre die Messung der Energieaufnahme des Fahrzeugs bei gleichmäßiger Geschwindigkeit.
Alle drei Versuche sollten zu einer (reibungsbedingten) Bremsbeschleunigung führen, die erreicht wird, wenn den Motoren keine elektrische Energie zugeführt wird. Durch Bestromung der Motoren kann die Bremsbeschleunigung dann entsprechend variiert werden. Auch diese Variation kann man abschätzen, weil man den Zusammenhang zwischen Bestromung und Moment am Reifen durchaus rechnen kann.
Sicherlich werden da keine Zahlenwerte mit Genauigkeiten auf vier Nachkommastellen herauskommen. Der Rollwiderstand ist auch stark vom Boden abhängig, für die Versuche sollte man einen glatten Boden mit wenig Rollwiderstand (worst case = längster Bremsweg) aussuchen.

@picture:
Ganz so negativ sehe ich es eigentlich nicht. Es gibt sicher Situationen, wo die Sache versagt (z.B. Einlenken auf ein Hindernis, das der Sensor nicht früher erfassen konnte, ...). Vermutlich ist auch alles andere als ein einfacher P-Regler Unsinn, weil ja die Anfangsbedingungen beim Reglereinsatz nicht stimmen. Ich werde trotzdem bei Gelegenheit mal googlen, was ein Mealy-Automat ist.

[PICture]

Hallo!

Ein Fahrzeug als Automaten, der vom Fahrer gesteuert wird, sehe ich eher positiv ...

Als Beispiel für Mealy-Automaten könnte man ein tagtäglich benutztes Auto sehen, wo mehrere innere Prozesse (z.B. Akkuaufladen, Kraftsoffdosierung) automatisch ablaufen und die Fahrt mit quasi Joystick (Lenkrad, zwei Pedale und Gangschaltung) gesteuert wird. Es ist sicher einfacher als vollautonomer Automat.

So wie du schon erwähnt hast, ohne exakter Kennung von Parameter allen verwendeten Objekten, Sensoren und Regler lässt sich die Steuerung leider nicht rein theoretisch durch Diskussion praktisch realisieren, da alles unbekanntes (was z.b. nicht gemessenen wurde) einfach fehlt ...

In der Praxis jede erfolgreiche Entwicklung fängt mit Sammeln von realen Daten an ...

MfG