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Das Standquadrat

Daniel Schellenberg: „Im Studium gefiel uns das Modul Regelungstechnik besonders gut. Die Versuche im Rahmen des Praktikums an der FH beschränkten sich jedoch mehr oder weniger auf das Kennenlernen von MATLAB®/Simulink®. Daher beschlossen wir, für die folgenden Studienjahrgänge einen Prototypen für einen Versuch zum Anfassen zu schaffen, um somit das Verständnis in der Regelungstechnik zwischen der Simulation und der Wirklichkeit zu verbessern. Unser Standquadrat ist unten drehbar gelagert und kann so nach rechts und links kippen. In der Mitte des Quadrats ist ein Servomotor, der AM8113, angebracht, der das Schwungrad antreibt. Für die Steuerung nutzten wir den Embedded-PC CX5130, die Servomotorklemme EL7211-0010 und die EtherCAT-Klemme EL5151 als 1-Kanal-Inkremental-Encoder-Interface. Das Quadrat muss sich zunächst aus der Ruhelage aufstellen. Dafür beschleunigt der Servomotor das Schwungrad. Die Winkelbeschleunigung des Massenträgheitsmoments wirkt sich als rückwirkendes Drehmoment auf das ganze Quadrat aus. Die Herausforderung ist, das Quadrat mit diesem Drehmoment zuerst aufzuwerfen, anschließend einzufangen und in die labile Ruhelage zu regeln. Durch ein ruckartiges Bremsen stellt sich das Quadrat mit dem Schwungrad auf. Nun kann der Regler Störgrößen ausregeln, wie wenn z. B. jemand das Standquadrat nach links oder rechts anstößt. Je nach Zustand (aufwerfen, einfangen, regeln) sind unterschiedliche Regler bzw. verschiedene Regelparameter erforderlich. Den gesamten Regler entwarfen wir in MATLAB®/Simulink® und haben ihn schließlich als TcCOM-Objekt in die Beckhoff-Automatisierungssoftware TwinCAT eingebunden, wo der Regler seine errechneten Werte als externe Sollwerte der TwinCAT NC vorgibt.“