Zitat von RedBaron
ZitierenMoin,
hast recht, werde mich bessern. Versprochen!
@Alle: Wer sich mit der Segway-Technik beschäftigen möchte, sollte sich mal nach dem Begriff "invertiertes Pendel" (inverted pendulum) umschauen. Da findet man (und frau) viel über Theorie und Praxis. Mit vielen Formeln und auch ohne, mit Zeichnungen, auch ohne, mit Erläuterungen zu Regelmechanismen (PID, Fuzzy, neuronale Netze) und natürlich auch ohne. Und eine ganze Menge Projekte, sowohl Hobby als auch Profi.
Dann hat die Zeitschrift ELEKTOR vor kurzem ein Selbstbauprojekt eines Segway in einer Artikelserie beschrieben. So ein echter, zum draufstellen und fahren. Da kann man vielleicht den diesbezüglichen Wissensdurst stillen.
@Jepp: Ich habe mir dein Video angeschaut. Schöne Messvorrichtung im Hintergrund, auf dem Monitor passiert ja einiges. Vielleicht kannst du dazu mal etwas schreiben.
Ich habe nach dem Datenblatt des Sensor gegoogelt. Da ist genau beschrieben, wie man es machen muss.
Zu deiner Messung: Das sich die Messwerte ändern, wenn man den Sensor weiter von der Achse entfernt anbringt ist gut zu erkennen. Das ist jedoch weder verwunderlich noch jemals bestritten worden. Der Trugschluss ist: das was du misst, ist nicht das, was du meinst zu messen. Ich will versuchen, es zu erklären.
Auf dem Video kann ich es nicht so genau erkennen. Es scheint folgendes zu sein: Z-Achse nach oben, X-Achse parallel zur Drehachse, X-Achse aus Sicht des Videobetrachters nach links. Richtig?
Voraussetzung 2: Wir wollen ein invertiertes Pendel ausbalancieren. Dazu braucht man im Endeffekt eine Lageinformation, Winkel zur Lotrechten oder den Winkel zur Horizontalen. Auch richtig (!), oder?
Nun zu deinem Versuch. Der Sensor ist in Verlängerung der Achse montiert. Wenn sich das das System in Ruhe befindet misst man wie viel von der Erdbeschleunigung bei den Achsen ankommt (Stichwort: Kräftezerlegung). Man misst irgendetwas das proportional dem Sinus bzw. dem Cosinus des Winkels ist. Ob man Sinus oder Cosinus nehmen muss, hängt davon ab, welchen Winkel man betrachtet und um welche Achse es sich handelt.
Wenn man jetzt den Sensor nach außen verlagert, ändert sich an den Messungen nichts (Stichwort: Ähnlichkeitsabbildung, Stufenwinkel und weiterer so’n Krams).
Jetzt kommt Bewegung ins Spiel. Seit Newton weiß man, das Bewegungsänderung mit Kräften verbunden sind. Hier eine Drehbewegung. Der Sensor bewegt sich auf einer Kreisbahn. Die Z-Achse zeigt in radialer Richtung. Die merkt jetzt zusätzlich die Zentripetalbeschleunigung (bzw. Kraft, die Gegenkraft zur besser bekannten Zentrifugalkraft). Diese Zusatzkraft ist abhängig von der Winkel-*Geschwindigkeit*. Die Y-Achse zeigt in tangentiale Richtung. Der Sensor merkt eine zusätzliche Bahn-*Beschleunigung*. Diese ist ein Maß dafür, wie heftig du an dem Dreharm ruckelst und schiebst, unabhängig davon, in welcher Lage er sich befindet. Diese Beschleunigung kann um einiges höher sein als die resultierende Komponente der Erdbeschleunigung. Das zeigen deine Messungen sehr deutlich. Aus den Messungen lassen sich aber wegen der Überlagerung der verschieden Effekte nichts wirklich Gescheites mehr herausrechnen. Weder die Winkellage noch die Bahnbeschleunigung, noch sonst etwas.
Warum kann man dann überhaupt einen Segway ausregeln? Hier kommt der 2. Trugschluss. Deine Messvorrichtung spiegelt nicht die realen Gegebenheiten wieder. Ein invertiertes Pendel steht im ausgeregelten zustand lotrecht und –ganz wichtig- im wesentlichen still. Da "ruckelt" und schiebt nahezu nichts. Also sind im wesentlichen die Bedingungen der Ruhesituation erfüllt. So ein Ding kippt auch nicht schnell. Durch den hoch gelagerten Schwerpunkt (= große Entfernung zur Drehachse) besitzt das Gerät ein großes Trägheitsmoment. Die Erdbeschleunigung, die das kippen bewirkt, wirkt nur über einen sehr kleinen Hebel (= kleines Drehmoment). D.h. das Ding kippt zunächst auch nur sehr langsam, die o.g. Bahnbeschleunigung wird nur wenig Effekt haben. Das alles ändert sich natürlich, wenn‘s mal richtig kippt. Aber dann muss man auch nicht mehr messen, sondern "volle Pulle" gegensteuern. Dann limitieren eher die Kraftmomente der Motoren.
Vom Prinzip her könnte man sowohl die Komponente de Erdbeschleunigung in Y-Richtung als auch die der Z-Achse benutzen. Die sind eigentlich gleichwertig. Die Y-Achse merkt aber neben der Erdbeschleunigung auch noch die Beschleunigung des Gesamtsystems. Die Z-Achse jedoch nicht. Deshalb ist sie besser geeignet.
Die Geschwindigkeit des Segway erreicht man übrigens dadurch, dass man das Ding nicht senkrecht stellt, sondern gegen eine leichte Abweichung regelt. Das gibt dann eine Vorlage. Der Ausregelung bewirkt dann den Vortrieb bzw. das Abbremsen.
Ich wünsche ein schönes Wochenende
PS: Die ganzen Rechtschreib- und Grammatikfehler sind nicht beabsichtigt.
PPS: Wie geht das mit dem "zitieren"?
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