MiniMACS6 stabilisiert das Furuta-Pendel

Eine beliebte Problemstellung in den Ingenieurwissenschaften ist das rotative inverse Pendel. In der Regelungs- und Elektrotechnik sowie im Maschinenbau werden damit Bewegungsmuster und Regelungsalgorithmen veranschaulicht und untersucht. Diese helfen beispielsweise beim Steuern von Robotern und sonstigen Maschinen.

Das nach seinem japanischen Erfinder Katsuhisa Furuta benannte Pendel ist einfach aufgebaut. Ein angetriebener Arm rotiert horizontal, und ein Pendel, das an diesem Arm befestigt ist, rotiert vertikal. Was Kopfzerbrechen bereitet, sind die theoretische Modellierung und die Anforderung an eine Stabilisierung dieser Bewegungen. Beim Furuta-Pendel ergeben sich zwei Grössen: die Ausrichtung des Rotationsgelenks sowie die des Pendels, die sich regeln lassen. Das Pendel wird in der aufrechten, instabilen Lage geregelt – der Arm nimmt dabei eine beliebige Position ein. Da es sich um ein nichtlineares und instabiles System handelt, eignet es sich zum Experimentieren, um bestehende Regelalgorithmen zu überprüfen und neue Berechnungsverfahren zu entwickeln. Hierbei werden oft Lösungsansätze von Forschungsbereichen wie Robotik, Steuerungstheorie und rechnergestützter Steuerung miteinander kombiniert.
 

Den richtigen Regler finden

Ein geeigneter Regler kann mittels verschiedener Entwurfsstrategien realisiert werden. Passende Reglerstrukturen für ein inverses Pendel sind unter anderem: PID, LQR, Fuzzy oder selbstlernende neuronale Regler. Das physikalische System mit mehreren Freiheitsgraden kann mathematisch modelliert werden. Für das Aufschwingen des Pendels aus der Ruhelage (Null-Lage) sind nichtlineare Herangehensweisen wie Energieansätze erforderlich. Mithilfe der mathematischen Beschreibung wird anschliessend ein passender Regler entworfen. Dieser Regler kann für echtzeitfähige Systeme angenähert beziehungsweise diskretisiert und auf eine Steuerung wie die MiniMACS6-AMP4 übertragen werden.

Der kompakte Controller

Der MiniMACS6-AMP4 von maxon ist ein programmierbarer Master Controller mit integrierten Endstufen. Er ist die stabilisierende Steuerung für das rotative inverse Pendel. Damit lassen sich komplexe Bewegungsmuster mit einfachen Befehlen ausführen, zum Beispiel zur ruckfreien Synchronisation mit einer rotierenden Leitachse. Vorteile des MiniMACS6-AMP4 Mehrachs-Controllers:

• Übernimmt die Masterfunktion; keine übergeordnete Steuerung erforderlich
• Lizenzfreie Motion-Control-Funktionalität inklusive
• Kompakte Antriebslösung mit integrierten Endstufen

Mit der lizenzfreien Automationssoftware ApossIDE (Integrated Development Environment) können Sie mit einfachen Befehlen Positionierungs- und Synchronisationsaufgaben einrichten oder eigene Steuerungsalgorithmen in C (ApossC) ausführen.#

In Aktion: Die MiniMACS6-AMP4 Steuerung stabilisiert das rotative inverse Pendel.

 

KOMPKTER MiniMACS6-AMP4 Mehrachs-Controller

Die programmierbare Mehrachs-Steuerung mit integrierten Endstufen ist der Stabilisierungsregler für das rotative inverse Pendel und sorgt für eine ruckfreie Synchronisation mit der Drehachse.

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