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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
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Funktionsprinzip
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
TeilaufgabenTeilaufgaben
Mechanik – Mechanischer Aufbau
Kamera- Sensorik & Datenverarbeitung
Regelung & Regelungselektronik
Motorenansteuerung & Leistungselektronik
Projekt – Dokumentation
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Kamera- Sensorik Übersicht
• FireWire – Kamera mit Software NEUROCHECK
• µ - Controller
• ADDA - Wandlerkarte
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
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
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Struktogramm NEUROCHECK
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
NEUROCHECK
Systemprotokoll
Ergebnisausgabe
Ergebnisausgabe Prüfprogramm
Kamerabild
x
y
0 255
255
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Datenpaket• Beispiel:
STX + 2 ETX4321.13
STX + ETX8765.15 EOT
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
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
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
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
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Regelung Übersicht
• PD-Regler• Kaskadenregelung:
– Innerer Regelkreis: Winkelregelung der Platte– Äußerer Regelkreis: Lageregelung der Kugel
• Ersetzen einer Reglerplatine :Programmierung des Lagereglers in y- Richtung
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Blockschaltbild
LR٭ WR ٭ Verstär-ker
Stell-
glied
Strecke
Kamerasystem
DA-Wandler
Poti
u x
Istwert
Lageregelung٭
Winkelregelung٭
Mikrocontroller
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
ReglerdimensionierungSollwert
DDs CRT
2
DI RR *1,0
einstellenvorgeben
Ts
Ziel:
Istwert
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
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
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
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
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Struktogramm Regler
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Motorenansteuerung Übersicht
• Entwicklung und Umsetzung der D\A Wandlung
• Verstärkung der Steuersignale des Reglers
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
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
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Verstärker
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Platinenlayout
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Platine
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Produktpräsentation
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
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
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
• 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
Labor Mikrocontroller Projekt – Balance AktGruppe 2 13.02.2004
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!