Dieses Projekt entstand im Rahmen meines Studiums der Technischen Informatik, um die Inhalte des Moduls Regelungstechnik praktisch zu vertiefen. Dafür entwickelte ich ein eigenes kleines inverses Pendel – ein klassisches, instabiles System –, um PID-Regelung, Stabilität, Modellbildung und Stellgrößenbegrenzung nicht nur theoretisch zu lernen, sondern real zu erleben und zu optimieren.
Die Regelung eines inversen Pendels gehört zu den anspruchsvollsten Grundlagenversuchen der Regelungstechnik: Das System ist instabil, hochdynamisch und reagiert extrem sensibel auf kleinste Störungen. Im Studium wird der PID-Regler primär theoretisch behandelt – doch ohne echte Hardware fehlen wichtige Aspekte wie Reibung, Totzeit, Rauschen, Stellbegrenzung und reale Messdynamik. Um diese Effekte selbst erleben und verstehen zu können, entstand dieses private Lernprojekt.
Das entwickelte Versuchssystem verbindet Mechanik, Elektronik und Regelungstechnik zu einer praxisnahen Lernplattform:
- Arduino/Mikrocontroller als zentrale PID-Regelplattform.
- DC-Motor mit Treiber (A4988/DRV8825) zur schnellen, präzisen Stellbewegung.
- Encoder/Winkelmessung zur Erfassung der Pendelposition.
- PID-Regler (Kp, Ki, Kd) mit konstanter Abtastrate.
- Schutzmechanismen wie Anti-Windup, Clamping und Saturation.
- Echtzeit-Datenplot für Fehler, Stellgröße und Winkel.
- Option für PD-, PID- und modellbasierte Regelung.
- Mechanische Konstruktion zur Minimierung von Reibung und Totzeit.
Gesamtsystem
Steuerungs-PCB
Das inverses Pendel kann erfolgreich stabilisiert werden und reagiert sichtbar auf Kp-, Ki- und Kd-Änderungen. Dadurch entsteht ein tiefes Verständnis für reale Regelsysteme – inklusive Sättigungseffekten, Messrauschen, Verzögerungen und physikalischen Grenzen. Das Projekt diente als ideale Ergänzung zur Theorie des Studiums und war ein wichtiger Schritt hin zu komplexeren Steuerungs- und Regelungsprojekten.
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