Entwicklung von SoPC-Modulen und Vergleich von Regelalgorithmen zur Ansteuerung von Einachsfahrzeugen

Entwicklung von SoPC-Modulen und Vergleich von Regelalgorithmen zur Ansteuerung von Einachsfahrzeugen

Die vorliegende Arbeit dokumentiert die Weiterentwicklung zwei einachsiger Roboter deren Herzstück jeweils ein System on a Programmable Chip (SoPC) ist. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung neuer Regelalgorithmen zum Stabilisieren der Roboter im aufrechten Stand. Diese Algorithmen sollen an einem der Roboter entwickelt und anschließend an dem zweiten validiert werden. Das primäre Ziel konnte erreicht werden, wohingegen die Validierung aufgrund ungeeigneter Hardware nicht durchgeführt werden konnte.


Zuerst wird zur Stabilisierung ein PID-Regler verwendet, später ein Zustandsregler. Zusätzlich wird eine Drehmomentregelung für die Motoren entworfen. Die Parametrisierung aller Regler erfolgt zunächst empirisch. Für den Zustandsregler wird jedoch im weiteren Verlauf ein Modell des Roboters analytisch entworfen und die Regelparameter mit LQR-Optimierung bestimmt. Ein weiteres Modell wird rechnergestützt entworfen und dient der Parametrisierung mittels Polvorgabe.


Die Roboter zeigen, wie ein SoPC zeitkritische Aufgaben in Hardware (VHDL-Module) und komplexere Algorithmen in Software (C-Software auf einem Softcore-Prozessor mit Echtzeitbetriebssystem) parallel verbinden kann. Es wird außerdem gezeigt, welche Vor- und Nachteile PID- und Zustandsregler für die Regelung inverser Pendel haben. Zusätzlich dient die Arbeit als praktische Hilfe bei der Parametrisierung der beiden Reglertypen, da verschiedenen Methoden angewendet werden.

Julian Hof, August 2014