Hier kommt die Fortsetzung des eigentlichen Themas:
Ermittlung der Kennwerte für Liniensensor und Motor
Von früheren Projekten her weiss ich, dass der Liniensensor stark vom Umgebungslicht abhängig ist. Zum einen wird das Ergebnis verfälscht wenn Umgebungslicht von der Seite kommt, zum anderen wird die Steilheit der Kennlinie des Liniensensor verändert, was einer Verstärkungsänderung entspricht. Die Änderung der Verstärkung war je nach Umgebungslicht bis zu Faktor 5. Aus Erfahrung weiss ich, das ist zu viel um eine Regelschleife optimal auslegen zu können. Glücklicherweise hatte ich für das Problem schon eine Softwarelösung parat. Das Umgebungslicht wird dabei durch eine Messung bei ausgeschalteter FrontLED kompensiert. Wie es geht, ist hier nachzulesen: https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...hlight=#104377
Damit bleibt die Steigung der Kennlinie auch bei Umgebungslicht einigermassen konstant. Die Kennlinie des Liniensensors ist als Bild angehängt, siehe Liniensensor.gif. Die Kennlinie wurde aufgenommen, indem ich einen Papierstreifen mit einer kurzen Linie seitlich unter dem Liniensensor durchzog. In Schritten von 1mm wurden die Werte ausgelesen. Als Steigung kann ich etwa 14 pro 1mm ablesen, damit ist das Übertragungsmass des Liniensensors 14/mm. Als Verzögerungszeit durch die AD-Wandlung habe ich etwa 1.6ms gemessen.
Nun kommen wir zur Ermittlung der Kennwerte des PT1-Glieds. Am einfachsten ist es eine Beschleunigungsmessung durchzuführen und aus der aufgenommenen Kurve die Zeitkonstante abzulesen. Das habe ich auch gemacht, hier die Kurve: Bild hier
Die Messwerte wurden mittels Odometrie vom Asuro selbst aufgenommen und gespeichert und nach der Messfahrt auf den PC ausgelesen. Die ermittelte Zeitkonstante ist ca. 130ms, die Höchstgeschwindigkeit ca. 0.51m/s. Damit ist das Übertragungsmass des PT1-Blocks, das Verhältnis von Geschwindigkeit zu PWM-Einstellung = 0.51/255 = 0.002 m/s. Eigentlich hat man jetzt alle Angaben um mit der Simulation loslegen zu können. Ich wollte aber noch wissen, wie gross der Anteil des Trägheitsmoments des Motors ist. Dazu habe ich das Trägheitsmoment des Motors extra ermittelt. Viele werden sich jetzt denken, das kann ich mir sparen, das sind doch nur ein paar Gramm. Schon, aber die paar Gramm müssen auf eine hohe Drehzahl (über 7000 UPM) beschleunigt werden und das macht sich bemerkbar. Das Trägheitsmoment eines Motors ist 1.12gcm². Als äquivalente Masse auf das Fahrzeug umgerechnet sind das 190 Gramm. Beide Motoren haben dann eine äquivalente Masse von 380 Gramm, das ist wesentlich mehr als die Masse (Gewicht) des Asuro selbst. Mein Asuro wiegt mit den grösseren Akkus 240 Gramm. Wie man sieht, darf man das Trägheitsmoment der Motoren auf keinen Fall vernachlässigen, auch nicht bei so kleinen Motoren.
Da ich aus früheren Simulationen bereits ein Ersatzschaltbild für einen Motor hatte, habe ich den PT1-Block noch weiter zerlegt und mit dem Ersatzschaltbild des Motors versehen. Das Bild PT1_Block.gif zeigt die Schaltung. Der Motor ist aufgeteilt in einen elektrischen und mechanischen Teil. Im el. Teil sind der Ankerwiderstand Ra1, die Ankerinduktivität La1 und die Spannungsquelle B1, die die Gegen-EMK simuliert. Der mechanische Teil besteht aus der Stromquelle B2, I1 und Cm1. B2 simuliert das Drehmoment. In meinem Fall habe ich den Antrieb mit der Übersetzung gleich mit rein gerechnet, damit entspricht in dem mech. Teil:
- der Strom in Ampere jetzt der Kraft in Newton,
- ein Kondensator in Farad jetzt einer Masse in kg und
- die Spannung in Volt jetzt einer Geschwindigkeit in m/s.
In der Schaltung entspricht B2 der Kraft des Motors, I1 der Reibung und Cm1 der Masse des Asuros. Der Widerstand R1 simuliert geschwindigkeitsabhängige Verluste. Die Schaltung simuliert nur einen Motor mit einer Hälfte des Asuro, deshalb ist die Masse auch nur (380g + 240g)/2 = 310g, damit die Dynamik wieder stimmt.
Simuliert wird es mit LTSpice, das ist ein FreeWare Schaltungssimulationtool. Es wurde hier im Forum schon mal vorgestellt, bei Interesse einfach danach suchen.
Nun überprüfen wir ob das Modell der Wirklichkeit entspricht und simulieren eine Beschleunigung aus dem Stand. Dazu geben wir einen Spannungssprung von 0V auf 5V auf den Motor. Das Ergebnis ist in Bild Motor_Sim1.gif zu sehen. Es stimmt ziemlich genau mit der wirklich gemessenen Beschleunigung überein. Kleine Abweichungen sind unwesentlich für die Regelschleifenoptimierung.
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