Entwicklung einer Plattform zur modellbasierten Regelung auf Basis eines Einplatinencomputers und offenen Softwaretools #1 Worum geht es?

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Hallo zusammen! Mein Name ist Ruo Yi. Ich bin Student in der Fachrichtung Elektro- und Informationstechnik an der TU-Darmstadt. Seit Anfang Januar 2018 schreibe ich Masterarbeit im Rahmen von dem Projekt „OpenAdaptronik“ in Fraunhofer LBF Institut. Mein Thema ist „Entwicklung einer Plattform zur modellbasierten Regelung auf Basis eines Einplatinencomputer und offen Softwaretools“. Von diesem Beitrag an werde ich in den folgenden Tagen die wesentliche Inhalte meiner Masterarbeit über dieses Blog veröffentlichen. Ich hoffe, dass Home-Maker von meiner Arbeitsergebnissen profitieren können.

Im diesem Beitrag werden die Hintergrund und die Zielsetzung meiner Arbeit vorgestellt.

Hintergrund:

Heutzutage wird modellbasierte Entwicklung als eine wichtige Methode zur Entwicklung von Reglern sowohl in Forschungseinrichtungen und Industrie weitgehend eingesetzt. Auf dieser Grundlage ergeben sich viele Verfahren zur Erhöhung der Effizienz der Reglerentwicklung wie z.B. Hardwware-in-Loop(HIL), Software-in-Loop(SIL) und Rapid-Controller-Portotyping(RCP). Zur modellbasierten Entwicklung steht die Entwicklungsumgebung in der zentralen Lage. Dabei sind die kommerzielle Software MATLAB mit der integrierten Simulationsumgebung SIMULINK und die periphere Produkte von der Firma dSPACE sowohl in der Industrie als auch in Hochschulen weit verbreitet. Die folgende Abbildung zeigt die schematische Darstellung der modellbasierten Entwicklungsumgebung inklusive MATLAB/SIMULINK und dSpace.

 

Unbenannt

Bildquelle:https://www.dspace.com/en/ltd/home/products/systems/functp.cfm

Die vorgenannte modellbasierte Entwicklungsumgebung hat zwei Hauptvorteile: Erstens, MATLAB/SIMULINK und dSpace System lassen sich Ingenieure auf ingenieurtechnische Probleme konzentrieren, nicht um das „Coden oder Debuggen“ kümmern. Dafür bietet MATLAB zahlreiche Befehle und Funktionen, die Benutzer direkt zur Lösung der mathematischen und regelungstechnische Probleme und Darstellung der Analyseergebnisse verwenden können. SIMULINK stellt eine umfangreiche Blockbibliothek, die eine große Anzahl von Elemente zum Aufbauen mathematischen, elektronischen und mechanischen Modell umfasst, und weiter optionale Toolboxen zur Verfügung. Auf diese Weise können Benutzer ein komplexes und interdisziplinäres Modell mit grafischen Modell schnell bilden und simulieren. Zweitens,die Bedienung der bestehenden Entwicklungsumgebung ist intuitiv und einfach. Mit den zahlreichen und vielseitigen Blöcken in SIMULINK können Benutzer grafisch programmieren. Außerdem kann SIMULINK C-Codes aus dem Modell automatisch generieren. Dadurch können Benutzer ihre Modell mühelos auf Mikroprozessoren implementieren. Bei der Verbindung zwischen Software und Hardware spielt dSpace System die Rolle von einem“Brücke“. Über dSpace System können Ingenieur ihre Reglermodell schnell in Betriebe nehmen, ohne sich um die Kommunikation zwischen verschiedenen Komponenten und Kompilierung von Codes zu kümmern.

Allerdings hat die bestehende Entwicklungsumgebung auch einige Nachteile aus der Sicht von Maker. Erstens, die ganze Entwicklungsumgebung ist kostenpflichtig. Für private Kunden sind MATLAB und SIMULINK mit dem Preis 154 Euro erhältlich. Im Vergleich dazu ist das dSpace System viel teuer und hat keine Version für private Kunden. Hoher preis muss nicht immer ein Nachteil sein, da gewisse Qualität ihren Preis hat, jedoch ist die freie Verfügbarkeit beschränkt. Zweitens, die Sourcecode von MATLAB und SIMULINK als Geschäftsgeheimnis ist nicht veröffentlicht und kann von Benutzern nicht gesehen werden. Benutzer können über die zur Verfügung stehenden Befehle und Blöcke Ergebnisse erhalten, aber wissen den Berechnungsvorgang nicht. Deswegen gibt es kaum Möglichkeiten zur Optimierung eines Befehls oder Blocks.

Zielsetzung dieser Arbeit:

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein modellbasierte Regelungsplattform auf Basis quelloffener Softwaretools und selbst erstellten Hardware entworfen werden, damit man  modellbasierte Reglerentwicklung ohne teure kommerzielle Software und Laborgeräte zu Hause umsetzten kann.

Meine Arbeit gliedert sich hauptsächlich in 3 Teile:

  1. Hardware der Regelungsplattform aufbauen und optimieren;
  2. Modellbasierte Entwicklungsumgebung auf Basis Opensource-Software einrichten und optimieren;
  3. Aktive Schwingungsdämpfung mit der Regelungsplattform implementieren und an Demonstratoren validieren.

Im nächsten Blog zeigt ich euch die Hardware der Regelungsplattform.

 

 


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