Abstract und Zusammenfassung zu
"Developement of a Magnetic Levitation Experiment for Use in Lab Sessions for Mechatronic Students"

Vorlesung


Achtung: der Text ist aus der Master/Diplomarbeit entnommen. Jeder Kandidat ist für seinen eigenen Text verantwortlich!

Zusammenfassung

"Die Motivation dieser Masterarbeit ist es, ein Laborexperiment 'Magnetische Schwebung' mit Nutzung von MATLAB/Simulink zu entwickeln. Das Experiment soll im Master Kurs 'Mechatronic Systems Simulation' eingesetzt werden, wobei die Schwerpunkte die Simulation und reales Experiment im Bereich der Elektronik, Mechatronik sowie Regelungsgtechnik liegen. Mit Hilfe des Experiments können die Studenten die Möglichkeiten der Simulation an einem realen Versuch anwenden und die theroretischen Kenntnisse vertiefen. Ein Raspberri Pi und Arduino mega2560 werden betrachtet und gegen die Anforderungen des Experiments ausgewertet, wobei der Raspberry Pi als Hardware Plattform zunächst ausgewählt wird. Im Experiment der magnetischen Schwebung wird ein Permantmagnet als schwebende Masse genutzt, um den zu regelnden Strom durch den Elektromagneten möglichst gering zu halten. Mit Hilfe einer Positionsregelung wird der Abstand der Kugel zur Spule gesteuert. Für die aktuelle Positionerkennung der Kugel wird die Verwendung von Hallsensoren und Photodioden untersucht. Da der mechanische Aufwand bei der Umsetzung mit Photodioden größer ist, werden zwei Hallsensoren im Experiement verwendet. Für die Simulation der magnetischen Schwebung wird ein mathematisches Modell entwickelt. Der auf dem Modell enthaltene PID Regler wird mit der MATLAB SISO Toolbox optimiert und in Simulink simuliert, um das Verhalten der Regelstrecke zu analysieren. Abschließend werd der PID Regler mit Hilfe von einem Simulink Target auf eine NI MyRIO Plattform implementiert und mit Labview visualisiert. Die Argumente für die Nutzung von NI MyRio anstelle von einem Raspberry Pi werden dargestellt. Ein PWM Signal wird für die Stromregelung im Elektromagneten genutzt, um die Kugel erfolgreich schweben zu lassen, wobei die Anforderungen an das System und der Regelung erfüllt werden."


Disclaimer: the text is extracted form the thesis. Each student is responsible for his own content!

Abstract

"The AIM of the thesis is to develop a magnetic levitation experimental setup to demonstrate practical application by using Simulink as a part of Mechatronic Systems Simulation course. The hardware for magnetic levitation experiment setup consists of electromagnetic coil, position sensor, levitating mass and hardware device. For hardware devices Raspberry Pi and Arduino mega2560 were considered. Raspberry Pi was chosen over Arduino mega250 after a detailed comparison. A magnetic ball was used as the levitating mass, as it reduces the current required for levitating the mass. The control system responsible for maintaining a floating air gap is fundamentally a position control. For position sensing Hall Effect sensor and photodiode were considered. Using photodiode sensor limits the equilibrium position (range) and needs additional mechanical construction for setting it up, while on the other hand Hall Effect sensor does not limit the equilibrium position and does not need any additional mechanical construction for setting it up. To sense the position of the magnetic ball two Hall Effect sensors are used. A mathematical model for the system is developed and the stability of the magnetic levitating system is determined. Based on the mathematical model a PID controller is designed using MATLAB SISOTool and simulated in Simulink for tuning the PID controller further for studying the plant behavior. The mathematical model and the designed PID controller were implemented in NI myRIO using Simulink and LabVIEW. The reason for using NI myRIO is explained in this thesis. A PWM technique was used to control the current supplied to the electromagnetic coil. The magnetic ball was successfully levitated and the performance was well within the design criteria."

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