Studentische Projektarbeit Gruppe 2 – Balance Akt Methodisches Konstruieren – µ-Computer Studentische Projektarbeit Gruppe 2 – Balance Akt Ziel dieser

Methodisches Konstruieren – µ-Computer

Studentische ProjektarbeitStudentische ProjektarbeitGruppeGruppe22 – – Balance AktBalance Akt

Ziel dieser Projektarbeit ist die Lösung eines mechatronischen Problems durch teamorientiertes

und ingenieurmäßiges Vorgehen.

Produkt - Präsentation

13.02.2004

Sebastian Brust

Jürgen Luther

Marko Feldić Delphine

Mengus

Michael Ortlechner Sascha

Meffert

Christophe Brenner

Balance Akt

Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004

Mit Hilfe eines mechatronischen Systems soll eine Kugel auf einer ebenen Platte

balanciertwerden. Anfangs ist die Platte geneigt und

die Position der Kugel auf der Platte beliebig. Die

Platte wird über Stellantriebe so geneigt, dass die Kugel in einen fest definierten

Endbereichrollt und dort balanciert wird. Dieser

Endbereich kann vom Endbenutzer nicht variiert werden.

Aufgabenstellung


Funktionsprinzip


TeilaufgabenTeilaufgaben

Mechanik – Mechanischer Aufbau

Kamera- Sensorik & Datenverarbeitung

Regelung & Regelungselektronik

Motorenansteuerung & Leistungselektronik

Projekt – Dokumentation


Kamera- Sensorik Übersicht

• FireWire – Kamera mit Software NEUROCHECK

• µ - Controller

• ADDA - Wandlerkarte


TxD / P3.1

RxD / P3.0

WR / P3.6

RD / P3.7

A15

J1

J2

Low-Byte-Adresse / Datum

High-Byte-Adresse

Low-Byte-Adresse

Steckerleiste

Port 0

Microcontroller

80535 Port 2

Port 1

AN

Port

VAGNDVAREF

ALE

PSEN

Adress-Latch Eprom

CEOE

CSOE

RAM

WE

Adress-Logik

J4,5,6,7 V24-Treiber

PC

Port 6

V24-Treiber

PCT2IN / P4.7

R2OUT / P1.4

T1 T2 T3 L1 L2 L3

Tasten / Leuchten

P1.1P1.2

P1.3P3.2

P3.3P3.4

J3,8

5Port4

Port3

80585-Karte PC11394-Video

KameraFireWireKabel

Serielles Kabel

Serielle Schnittstelle

PC2

Serielle Schnittstelle

Serielles Kabel

ADDA-Karte

Istwert Lageregler (Spannungsbereich 0 – 2.55V)

Sollwert Winkelregler Y (Spannungsbereich 0 – 2.55V)

Steckerleiste

Blockschaltbild


Struktogramm NEUROCHECK


NEUROCHECK

Systemprotokoll

Ergebnisausgabe

Ergebnisausgabe Prüfprogramm

Kamerabild

x

y

0 255

255


Datenpaket• Beispiel:

STX + 2 ETX4321.13

STX + ETX8765.15 EOT


Programmabläufe

•Serielle Schnittstelle auslesen

•Daten in internen Speicher schieben

•Auslesen des Speichers und Integer wandeln

•ascii2hex – Wandlung

•Einzelne Zehnerpotenzen zusammenfügen

•Im internen Speicher für die Regelung ablegen


Haupt- Struktogramm

Empfangsinterrupt ausgelöst?

Programmende

DA- Wandlung

Regelung

Auslese

Abfrage + Speicherung

Interrupt-Service-Routine INT2

Warteschleife, läuft bis Reset

Initialisierung für On-Chip-Peripherie

Initialisierung der Interuptvektoren

Initialisierung allg. Konstanten und Variablen

Programmbeschreibung

Assembleranweisungen


Regelung Übersicht

• PD-Regler• Kaskadenregelung:

– Innerer Regelkreis: Winkelregelung der Platte– Äußerer Regelkreis: Lageregelung der Kugel

• Ersetzen einer Reglerplatine :Programmierung des Lagereglers in y- Richtung


Blockschaltbild

LR٭ WR ٭ Verstär-ker

Stell-

glied

Strecke

Kamerasystem

DA-Wandler

Poti

u x

Istwert

Lageregelung٭

Winkelregelung٭

Mikrocontroller


ReglerdimensionierungSollwert

DDs CRT

2

DI RR *1,0

einstellenvorgeben

Ts

Ziel:

Istwert


RegleralgorithmusReglerübertragungsfunktion:

GPD(s) = K*(1 + TV*s/(TF*s+1))

Diskretisierung:

uk= TF/(TF+TS)*uk-1 + K*(TS+TF+TV)/(TS+TF)*ek – K*(TF+TV)/(TF+TS)*ek-1

mit a1 = TF/(TF+TS), b0 = K*(TS+TF+TV) und b1 = K*(TF+TV)/(TF+TS)

uk = a1*uk-1+ b0*ek- b1*ek-1


Die Programmierung

• Programmiersprache: C oder Assembler ? Assembler, da Einbindung eines C-Programms

sehr kompliziert

• 8-Bit oder 16-Bit Werte ? 16-Bit Werte, da große Werte auftauchen

können Programmierung entsprechender Arithmetik


Struktogramm Regler


Motorenansteuerung Übersicht

• Entwicklung und Umsetzung der D\A Wandlung

• Verstärkung der Steuersignale des Reglers


Struktugramm DA Wandlung

RET

P4.1 setzen

A mit P5 wandelnP4.0 setzen

P4.1 selektierenA mit P5 wandeln

Y- Coor in A speichernP4.0 selektieren (wandler DA.0)

Für welche Richtung muß der Sollwert des

X Winkelreglers gewandelt werden?

X- Coor in A- speichern Y

A auf 0 setzen


Verstärker


Platinenlayout


Platine


Produktpräsentation


Dokumentation• Projekt – Dokumentation vom Prinzip bis zur

Ausarbeitung nach VDI 2222.• Recherchen zum Stand der Technik sowie zu

den Bauteilen• WEB-Dokumentation für Mikrocomputertechnik-

Labor:• http://193.196.117.123/projekte/BalanceAkt


• Unser Dank gilt allen Professoren und Mitarbeitern die uns bei dem Projekt unterstützt haben

• Desweiteren danken wir der Firma ZF Sachs AG und der Firma Weber- Feinmechanik


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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