3-Freiheitsgrad Hubschrauber

In diesem Laborexperiment sollen verschiedene Reglerentwürfe an einem multivariablen System getestet werden, um ein tieferes Verständnis der angewandten Regelungstechnik zu erlangen.

Das System

Der in der schematischen Abbildung dargestellte Hubschrauber verfügt über drei rotatorische Freiheitsgrade. Der Drehwinkel θ (travel) ist der Winkel, der die Drehung des Systems um die e3-Achse (violett) beschreibt. Der Elevationswinkel (Elevation) ist die Neigung des Trägerarms φ (gelb) zur Horizontalen und damit zwischen den Achsen e1 und e3. Der Neigungswinkel α (pitch) beschreibt die tatsächliche Neigung der beiden Rotoren (blau) gegenüber der Horizontalen (zwischen den Achsen e2 und e3). Die beiden Antriebsrotoren können unabhängig voneinander gesteuert werden, ihre Eingangsspannungen sind die Stellgrößen des Systems.

schematische Abbildung eines Hubschraubers mit drei Freiheitsgrade

Abbildung: Schematische Darstellung des Hubschraubers

Da das System ohne Regelung instabil ist, wird ein stabilisierender Regler benötigt, der eine effiziente Bahnverfolgung und eine robuste Störungsunterdrückung unter Berücksichtigung von Einschränkungen in den Eingängen und Zuständen realisiert. Die entworfenen Regler können "online" an einem realen System getestet werden. Die Ergebnisse der durchgeführten Experimente, einschließlich eines Videos des Experiments, können online abgerufen werden.

Video

In diesem Video sehen Sie die entworfenen Regler am realen System.

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Video: 3-FG Hubschrauber in Aktion

Herausforderungen für das Studium

  • Stabilisierung des 3-FG Hubschraubers während Manöver
  • Robustheit bezüglich Störungen (angreifende Kräfte, Motorspannungsimpulse)

Lehrveranstaltung

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