Antriebsdynamik von Multirotor VTOL's

Die Antriebe von Multirotor- VTOL’s (Vertical Take Off and Landings) bestehen heute aus mehreren Propellern mit Brushless- Motoren. Die Propeller sind dabei in fast allen Fällen starr mit den Motorachsen gekoppelt. Um die Systeme in der Luft zu navigieren und zu stabilisieren, ist es nötig, die Drehzahlen dynamisch zu verändern. Die Dynamik der ganzen Systeme ist dabei wesentlich von der Dynamik der Antriebe abhängig. Dieser Fachbeitrag beschäftigt sich mit der Simulation der Motor-/Propellerkombination und zeigt auch auf, worauf speziell geachtet werden muss, damit diese eine hohe Dynamik erreicht

PID parameter tables after ITAE to control overshooting systems found with AI algorithm

Embedded controllers are used in many applications. It often happens that these do not offer any possibilities to set the controller parameters, because they are capsulated to outside. The closed-loop systems are then stable, but the systems are often weakly damped and their step responses exhibit overshoot. In the following, a method is described, how such embedded controlled systems can be controlled via a superimposed feedback loop using PID controllers in such a way that the system deviation of the step response is minimized according to the ITAE method. A method from artificial intelligence, hill climbing, is used for this purpose. For the control of such systems, the paper essentially provides PID controller parameters, which are usable for many weakly damped systems. The parameters are verified in a practical application with a speed control of a motor with inertial mass

Parameter tables for PID controllers for time delayed systems optimized with a learning method

This publication provides useful parameter sets in tabular form for PID controllers for various rise and dead times of step responses of asymptotically stable control systems, which minimize the common quality criteria in the time domain, integral of absolute error IAE, integral of time-multiplied absolute value of error ITAE and inte-gral of sqared error ISE. Since the determination of the parameter sets is very computationally intensive, an approach from the field of artificial intelligence was chosen. The application of the parameter sets found is verified with examples. The parameter sets also take into ac-count the controller output limitations that are relevant in practice and can basically be used for all PID control-lers of controlled systems with a time delay

Volle Peilung, sicherer Empfang von 2.4 GHz Fernsteuerungen

Im letzten Jahrzehnt hat bei den Fernsteuerungen im Modellbau eine eigentliche technische Revolution stattgefunden. Die vorher über fast ein halbes Jahrhundert dominierende MHz- Technologie wurde von der GHz- Technologie abgelöst. Frequenzabsprachen gehören damit der Vergangenheit an, da jede Fernsteuerung mit einer eigenen Sequenz aus unterschiedlichen aufeinanderfolgenden Frequenzen mit ihrem Empfänger kommuniziert. GHz- Wellen weisen aber auch physikalisch andere Eigenschaften als MHz- Wellen auf. So gibt es auch Unterschiede bei den Sende- und Empfangseigenschaften dieser Fernsteuerungen. Dieser Artikel soll beschreiben, worauf der Modellbauer in der Praxis achten sollte, wenn er mit 2,4 GHz- Fernsteuerungen einen guten Empfang erreichen möchte. Dabei ist die Wahl des richtigen Standorts genauso wichtig, wie die Montage und die Ausrichtung der Antennen

A time domain approach for system identification using hill climbing

A large number of methods are known for system identification, which are used both in the time domain and in the frequency domain. In particular, genetic algorithms are increasingly being used today in order to determine the parameters of a model on the basis of measurements. In this article, the related method 'hill climbing' is used together with the least square criterion in order to correctly identify models of small order on the basis of measured step responses in the time domain. It is shown that the algorithm converges well for many starting values and that this method can be applied very well and efficiently for the topic of system identification

Modellierung von Kennlinienhysteresen

Bei der Modellierung von Systemen werden gewöhnlich Differentialgleichungen hergeleitet, welche auf physikalischen Grundlagen beruhen. Da es sich bei Kennlinienhysteresen um nichtlineare Effekte handelt, wird bei deren Modellierung ein anderer Weg beschritten. Es wird eine Messung als Grundlage für eine Modellierung herangezogen. Somit beruht das Modell nicht auf den Ursachen (wie beim Modell mit Differentialgleichungen), sondern auf Symptomen. Der Vorteil dieser von der Physik losgelösten Methode liegt darin, dass sie auf viele technische Bereiche angewendet werden kann. Usually, mathematical models of systems are based on differential equations using physical effects. Characteristic lines of hysteresis curves are non-linear, which causes the need of different modelling methods. A measurement of the characteristic line is used as base of the model. This means, that the mathematical model is not established by the cause, but by the symptoms of non-linearity. The advantage of this method detached from physics is, that it is usable for a huge number of technical topics

Die Position von Swiss Engineering zum Klimawandel

Eine lebenswerte Welt für die nachfolgenden Generationen zu hinterlassen darf nicht nur ein Ziel der jetzigen sein, sondern es muss vielmehr zu ihrer Pflicht werden. Swiss Engineering stellt sich hinter die wissenschaftliche Erkenntnis, dass der Klimawandel auf menschliche Aktivität zurückzuführen ist und erkennt die Verantwortung seiner Mitglieder bei der Umsetzung der Energiestrategie 2050. Es gibt keinen Widerspruch zwischen wirtschaftlichem Wachstum und der Sicherung von Arbeitsplätzen und der gleichzeitigen massiven Reduktion von Treibhausgasen. Der vermeintliche Zielkonflikt zwischen Wachstum, Sicherung der Arbeitsplätze und umweltschädlichen Auswirkungen lässt sich nur durch nachhaltiges Wirtschaften in einem Kreislauf und mit erneuerbarer Energie auflösen. Die Voraussetzung dafür ist die Kostenwahrheit, das heisst, dass Umwelt- und soziale Kosten internalisiert werden müssen. Diese Herausforderung ist eine formidable Chance für den Einsatz von Ingenieuren und Architekten bei der Umsetzung der Energiestrategie 2050 und der Klimapolitik des Bundesrates. Es ist jedoch zwingend nötig, dass sich alle in der Klimathematik engagieren. Mit der modernen Ingenieurskunst einhergehend muss ein gesellschaftliches Umdenken stattfinden und es ist die Pflicht der Politik, die nötigen Rahmenbedingungen zu schaffen

Optimal ITAE criterion PID parameters for PTn plants found with a machine learning approach

Various approaches are known from the literature on how to find optimal parameter sets for PID control from step responses of plants. The methods of Ziegler- Nichols or Chien, Rhones and Reswick are best known. These are heuristic processes which, although they result in stable control systems, have to be further optimized in practice. One of the optimization methods is carried out using the ITAE criterion (integral of time-multiplied absolute value of error). This uses a step response of the closed loop and integrates the timeweighted absolute value of the difference between the setpoint and the actual value. With the current state of technology, optimization is carried out manually or with the aid of a computer, for example with Matlab toolboxes to minimize the ITAE criterion} [9]. The method presented here uses a machine learning approach to automatically find the optimal PID parameters of the minimum ITAE criterion [3]. For general stable systems, the parameters could even be found directly on the system. However, many systems can be described directly with PTn elements by measuring step responses. For these, the paper provides calculated table values of the minimized ITAE criterion with different control signal limitations. These are verified in practice using the example of a thermal system. The table values are already successfully in use in the control theory course for mechanical engineers at Zurich University of Applied Sciences, School of Engineering

Fascination quadcopter

German Version (Faszination Quadrokopter) published by VTH, Baden-Baden.For quadcopters there are many names. They are also called quadrocopter, quadricopter, drone, multicopter or simply 'UFO'. This type of model construction is very young. It began early in the new millennium with commercial products for flying camera inspections. In 2005, the company Silverlit sold an inexpensive toy with four horizontally arranged propellers. So the hobbyists were able to have their first experience with the new model aircraft. It was the current microprocessor technology which opened up this fascinating subject of model construction. It is able to evaluate sensors for attitude stabilization and change the speeds of the motors immediately. This book explains the working principle, the used motors, sensors and control systems

PID controller parameter tables for time-delayed systems optimized using hill-climbing

Several parameter tables for PID controllers are known from the literature, for the control of time-delayed systems. The best known is that of Ziegler and Nichols, but there are others also. In this publication, a parameter table is presented that minimizes the quality criteria IAE, ITAE and ISE for the control of time-delayed systems that can be identified with PTn systems. The controller output limitation is also taken into account. Since it is very computationally intensive to calculate these PID parameter sets, a well-known approach from the field of artificial intelligence was chosen. This was hill-climbing, which can find the parameter sets with much less computational effort than is needed for nested loops. With this method, the PID parameter tables for the minimized quality criteria were found and compared, each on the basis of many randomized starting parameter values. The application of the hill-climbing method shows rapid convergence. The parameters are discussed with two examples of time-delayed systems: a PT3 and a PT5. The results are regulated systems which show very good transient behavior. Furthermore, it is also possible to use the procedure presented for optimal PID parameters to control general, stable systems