Rotatorisch inverses Pendel

Es erfordert einiges an Geschick und Übung, einen Stab nach oben stehend auf seiner Handfläche zu balancieren. Mit dem rotatorisch inversen Pendel kann unter anderem diese Herausforderung nachgeahmt werden. Das System, hier bestehend aus einem Pendel (analog zum Stab), einem angetriebenen Schwingarm (unser Arm) und einer Basiseinheit (unser Körper), ist nichtlinear und im oberen Gleichgewichtszustand (vertikal aufgerichteter Pendel) auch instabil.

Eine Herausforderung besteht nun darin, einen Regler zu entwerfen, der das Pendel im oberen Gleichgewichtszustand stabilisiert. Weiters können auch Herausforderungen gemeistert werden wie dem Aufschwingen des Pendels aus der unteren Gleichgewichtslage (vertikal hängend) in die obere oder einem Pendel-Looping (360° Drehung).

Zustand des Pendels vor und nach dem Aufschwingen

Das erste Foto zeigt den nach unten gerichtete Stab vor dem Aufschwingen, beim zweiten Foto sieht man den Zustand des Stabs im oberen Gleichgewichtszustand nach dem Aufschwingen.

ein nach unten gerichteter Stab vor dem Aufschwingen
ein nach oben gerichteter Stab nach dem Aufschwingen

Video: Aufschwingen des Pendels und Pendel-Looping

In diesem Video können Sie das Aufschwingen des Pendels aus der unteren Gleichgewichtslage und ein Pendel-Looping (360° Drehung) sehen.

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Video: Aufschwingen des Pendels

Herausforderungen für das Studium

  • Stabilisierung des Pendels in oberer Gleichgewichtslage
  • Stabilisierung während Manövern (vorgegebene Schwingarmdrehungen)
  • Robustheit bezüglich Störungen (angreifende Kräfte, Motorspannungsimpulse)

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