Entwurf und Implementierung eines drahtlosen Orientierungssensors für ein verteiltes Regelungssystem

Abstract

Verteilte Regelungssysteme haben in der Zukunft eine große Bedeutung für die sogenannten Cyber-Physical Systems, die sich durch die Verknüpfung von realen Objekten mit virtuellen Objekten auszeichnen. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, ein verteiltes Regelungssystem zu entwickeln, welches Informationen über die Lage eines Pendels liefert. Das System soll im Allgemeinen das klassische Problem des invertierten Pendels lösen. Zum Einsatz kommen dabei das Cross-Domain Development Kit (XDK110) der Firma Bosch Connected Devices and Solutions GmbH, ein Raspberry Pi 2 Model B und ein umgebauter Drucker mit Schrittmotor, der eine Halterung mit Pendel an einer Schienenvorricht besitzt. Die Hauptaufgabe des Systems ist es, die vorhandenen Sensoren auf dem XDK110 zu verwenden, um eine präzise Angabe in Echtzeit über die aktuelle Lage des Pendels machen zu können. Um dies zu realisieren, wurden für das verteilte System Filteralgorithmen implementiert, die auf Basis der Sensordaten die Lage des Pendels berechnen. Zusätzlich wurden verschiedene Vorgehensweisen implementiert, um ein Ergebnis zu erhalten. Die Filterberechnungen können sowohl lokal auf dem XDK110 als auch auf dem Raspberry Pi ausgeführt werden. Das entworfene System wurde in verschiedensten Versuchen getestet und die implementierten Filteralgorithmen, sowie die unterschiedlichen Vorgehensweisen der Berechnungen, miteinander verglichen. Das System lieferte in allen Versuchen verwertbare Aussagen über die aktuelle Lage des Pendels.

Networked control systems are steadily gaining importance for the so-called cyber-physical systems, which are characterized by the linking of real objects with virtual objects. The goal of this Bachelor thesis is to develop a system that provides information about the position of a pendulum. The system is generally designed to solve the classical problem of the inverted pendulum. The Bosch Cross-domain Development Kit (XDK110), the Raspberry Pi 2 Model B and the converted printer with a stepper motor which has a pendulum holder on a railing mechanism are used. The main task of the system is to use the existing sensors of the XDK110 and make a real time precise information about the position of the pendulum. To make this possible, filter algorithms were implemented for the distributed system which can calculate the position of the pendulum based on the data of the sensors. In addition various procedures were implemented to obtain a result. The filter calculations can be executed locally on the XDK110 as well as on the Raspberry Pi. The designed system has been tested in various tests and the implemented filter algorithms, as well as the different approaches of the calculations, were compared with each other. The system provided usable information about the current position of the pendulum in all experiments.