Simulation Inverses Pendel

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Registriert: 23.05.2018, 08:24

02.10.2018, 10:21

Nachdem hier im Rahmen der Klimamodelle ständig über Simulationsergebnisse diskutiert wird habe ich einmal eine ganz einfache alte Simulation zu einem Roboter auf 2 Rädern wieder rausgekramt. Im Prinzip handelt es sich dabei um die Simulation von einem inversen Pendel. Im Gegensatz zum normalen Pendel ist das Gewicht hier oben an einem Stab angebracht. Der ist über ein Lager mit der Achse für die 2 Antriebsräder verbunden. Die müssen nun so gesteuert werden, dass das Gewicht ausbalanciert wird. Ein ziemlich einfaches System, dessen Verhalten bei direkter Ansteuerung sich aber verbal aber schon nicht mehr wirklich beschreiben lässt. Man muss einen Regler mit einbinden. Der gibt die Reaktionen zu den gemessenen Soll-Ist-Differenzen verzögert oder verstärkt an die Motoren weiter. Je nach Einstellung der Regelparameter. In einem einfachen Regelkreis eingebunden kann man das Verhalten dann simulieren und man schauen unter welchen Randbedingungen es funktioniert oder nicht funktioniert.

Die Differenzialgleichungen für die Systembeschreibung findet man hier
Für die Regelung habe ich einen einfachen PID-Regler benutzt.



Egal welche Einstellung man wählt, das Pendel geht fast nie direkt und linear in die Sollstellung über. Es kann auch schon einmal pausieren bevor es sich weiter bewegt. Und es kann in die Gegenrichtung laufen, bevor es wieder in Richtung Endzustand geht. Sicher ist nur, dass es sich innerhalb einer großen Bandbreite von Randbedingungen irgendwann aufgerichtet hat. Genau so ist das bei den Szenarien in der Klimasimulation auch. Die Temperatur wird über einen von der Natur implementierten Regler gesteuert. Wasser und Eis sind dort nur zwei beeinflussende Komponenten in der Regelung. Der Klimaregler hat auch verstärkende und hemmende Eigenschaften. Wie der PID-Regler. Da kann zwischendurch auch einmal die Temperatur eine Zeit lang konstant bleiben, bevor es wieder nach oben geht, was ja zwischen 2000 und 2010 der Fall war.  

Das Java-Programm habe ich als NetBean Projekt in der Anlage beigefügt.
Je nach Installationsordner müssen die Orte für die Libraies unter "Files -> Projekt-Properties ->  Libraries" angepasst werden.
Der Pfad unter "Libraries -> Tools" muss u.U. auch angepasst werden.

Inverses_Pendel_Java.zip
(1.92 MiB) 4-mal heruntergeladen
Das ist meine persönliche Meinung dazu. Basierend auf einer nach bestem Wissen und Gewissen recherchierten Faktenlage.
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