Ein Pendel ist für Kinder ein beliebtes Spielzeug. Auch in der Form eines umgedrehten Pendels erinnert sich wohl jeder daran, wie er schon einmal versucht hat, einen Stab auf seinem Finger zu balancieren. In der Mechanik bezeichnet man diesen Vorgang als Inverses oder auch Labiles Pendel. Die Berechnung, wie man ein Inverses Pendel im Gleichgewicht hält, löst zwar scheinbar nur eine akademische Problemstellung. Jedoch entspricht beispielsweise auch die Stabilisierung einer Rakete beim Startvorgang in senkrechter Richtung genau diesem Modellversuch.
Prof. Jeske und Prof. Stawicki lassen sich von
Prof. Holzhüter den Versuchsaufbau erklären
Bei dem von Professor Holzhüter betreuten Labor-Aufbau ist das Labile Pendel mit einem Drehgelenk an einem Arm befestigt, der sich in einer horizontalen Ebene im Kreis bewegen kann. Das Drehgelenk lässt die Pendelbewegung nur in einer vertikalen Ebene zu. Durch vorsichtiges Hin- und Herbewegen des Armes kann das Pendel nach oben in die Senkrechte geschwungen werden und wird dort so ausbalanciert, dass es in seinem labilen Gleichgewicht verharrt.
Studierende im auslaufenden Diplomstudiengang Elektrotechnik/Schwerpunkt Automatisierung können im siebten Semester an dem beschriebenen Modellversuch innerhalb eines Projektes teilnehmen. Die Aufgabe besteht darin, einen Regler für die Stabilisierung des aufrecht stehenden (invertierten) Pendels zu entwerfen und im Experiment zu erproben. Im Projekt werden zunächst Computersimulationen zum Verhalten und zur Regelung des Pendels mit der Software Matlab und Simulink durchgeführt. Den Höhepunkt bildet natürlich der Einsatz des in der Simulation erprobten Reglers am realen Pendel. Typischerweise muss das mathematische Modell der Strecke dann aufgrund der Experimente noch überarbeitet und der Regler entsprechend verbessert werden. Am Schluss jedenfalls soll das Pendel auch unter nicht zu großen Störungen aufrecht stehen bleiben.
In naher Zukunft soll ein ähnlicher Aufbau eines Labilen Pendels in einer Vitrine im Foyer des E-Hochhauses alle Studierenden zum Zuschauen und Ausprobieren einladen.
Weitere Informationen:
Department Informations- und Elektrotechnik
Prof. Dr. Thomas Holzhüter
Tel.: 428 75 - 8087
<link mail>holzhueter@etech.haw-hamburg.de
