Realisierung einer prototypischen Hardwarelösung für ein inverses Pendel: FPGA-only based control for a very compact inverted pendulum

ISBN-13: 9783640723034 / Niemiecki / Miękka / 2010 / 98 str.

Benjamin Berger

Opis

Diplomarbeit aus dem Jahr 2004 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 1,3, Technische Universitat Chemnitz (Informationstechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Schlagworte: Inverses Pendel, Hardware-Regelung, Kalman-Filter, FPGA, LQR, LQG keywords: inverted pendulum, hardware closed loop control, kalman filter, FPGA, LQR, LQG Kurzreferat Ziel der Arbeit ist die anschauliche Demonstration der Leistungsfahigkeit von Hardware- Systemen zur Regelung instabiler Systeme am Beispiel des Inversen Pendels. Dabei handelt es sich um das Balancieren eines Stabes, einem Standard-Problem der Regelungstechnik. Es wird die Konzeption und Implementierung einer Hardware-Regelung in einem FPGA-Prototypenboard zur Realisierung dieser Aufgabe beschrieben. Die Regelung basiert mit LQR-Entwurf und Kalman-Filter auf klassischen Methoden der Regelungstechnik. Zur Demonstration der Regelung wurde ein mechanischer Aufbau vorgenommen, an dem die Funktionsfahigkeit des Inversen Pendels praktisch gezeigt wurde. Motivation Regelungen findet man heute auf vielen technischen und nichttechnischen Gebieten. Angefangen von Regelungen in Haushaltsgeraten uber geregelte Fahrzeugsysteme (z.B. Klimaanlage, Stabilitatskontrolle) bis hin zu Prozessregelungen industrieller Groanlagen oder Lageregelung von Satelliten besteht ein groer Bedarf an Regelungssystemen. Wahrend einfache Regelungsaufgaben rein mechanisch gelost werden konnen, sind fur komplexere Aufgaben Mikroprozessoren oder Prozessrechner notwendig. Ziel dieser Arbeit ist es zu zeigen, inwieweit derartige Regelungen durch dedizierte Hardware realisiert werden konnen. Dazu soll ein Stab unter Nutzung von Hardwarealgorithmen auf einem beweglichen Schlitten zu balanciert und damit die Leistungsfahigkeit digitaler Hardwaresysteme in Bezug auf zeitkritische Regelungsaufgaben demonstriert werden. Im Gegensatz zu existierenden Realisierungen des Inversen Pendels soll dabei eine rein in Hardware als Anwendungsspezifischer Schaltkreis (ASIC) vorliegende