FUZZY-Regelung einer Kugel auf dem Balanciertisch

Inhaltsangabe:Einleitung: Fuzzy-Logic wird sehr oft dort verwendet, wo konventionell nur schwer zu automatisierende Prozesse, die nichtlinearen Kennlinien folgen, vorliegen. Die konventionelle Regelungstechnik beruht auf der Annahme, dass die Regelstrecke als Übertragungsfunktion oder Zustandsmodell zumindest näherungsweise vorhanden ist. Die Modelle werden hier analytisch oder messtechnisch bestimmt. Aus diesen leiten sich die Reglergesetze ab. Liegt über ein System nur Expertenwissen vor, versagt dieses Entwurfsverfahren. In diesem Fall wird nach einer Regelungsstrategie gesucht, die das in linguistischer Form vorhandene Wissen über die Prozessbedienung in eine technisch realisierbare Form übersetzt. Dies ist mit Hilfe der Fuzzy-Methoden möglich. Im Projekt „Balanciertisch“ des Fachgebietes Regelungstechnik und Systemdynamik der TU Berlin wird eine auf einem kippbaren Tisch rollende Kugel durch geeignete Bewegungen des Tisches in eine vorgegebene Position gebracht und dort gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Regelung für dieses System mit Hilfe der Fuzzy-Methoden entworfen werden. Da bereits ein konventioneller Regler vorliegt, ist es möglich, die beiden Regler direkt miteinander zu vergleichen. Der Einsatz eines Fuzzy-Reglers bietet sich hier an, da bei der Modellbildung des Balanciertisches Vereinfachungen und Linearisierungen vorgenommen werden mussten und somit das Modell ein stark vereinfachtes Abbild der Realität ist. Für die Lösung der Aufgabenstellung ist es vorteilhaft, die Modelle der konventionellen Regelungstechnik zu verwenden. Der Regler kann unter Verwendung des mathematischen Streckenmodells in einer Simulation auf plausibles Verhalten überprüft werden. Um die theoretisch entworfene Regelung auch praktisch zu implementieren, soll an der vorhandenen Hardwarekonfiguration nichts verändert werden. Im ersten Schritt wird die konventionelle Kompensationsregelung der Nichtlinearität des Tischantriebes weiterverwendet, später wird jedoch darauf verzichtet, um eine reine Fuzzy-Regelung zu erhalten und um die Vorzüge und Nachteile einer Fuzzy-Regelung deutlich machen zu können. Weiterhin wird ein Fuzzy Regler entworfen, der ausschließlich die konventionelle Positionsregelung ersetzt. Ein konventioneller unterlagerter Winkelregler bleibt dabei erhalten. Zusammenfassung: Es wurden fünf verschiedene Fuzzy-Regler für die Positionierung einer Kugel auf dem Balanciertisch entwickelt. Die Regler wurden in der Simulation erprobt. Das [...]