Pendulum Lab

Pendulum Lab ist eine interaktive, visuelle Simulationsumgebung für Ingenieurstudierende, Lehrende und alle, die sich für Regelungstechnik begeistern. Erforschen Sie die Grundlagen der klassischen und modernen Regelungstechnik, indem Sie ein invertiertes Pendel auf einem Wagen in Echtzeit stabilisieren.

Schließen Sie die Lücke zwischen Differentialgleichungen und realer Ingenieurpraxis durch haptisches, visuelles Feedback.

🔑 Hauptmerkmale

🕹️ Direkte Touch-Steuerung & Interaktive Physik

• Störung durch Wischen: Tippen oder wischen Sie direkt auf die Pendelfläche, um benutzerdefinierte Impulskräfte anzuwenden und die Störungsunterdrückung des Reglers zu testen.

• Echtzeit-ODE-Integration: Hochpräziser Physik-Solver berechnet kontinuierliche nichtlineare Bewegungsgleichungen mit 60 FPS.

• Anpassbare Anlagenparameter: Ändern Sie die Wagenmasse ($M$), die Pendellänge ($l$), die Stabmasse ($m$) und die Reibungskoeffizienten direkt.

🎛️ Klassische und moderne Regelungsalgorithmen

• PID- und kaskadierte PID-Regler: Proportional-, Integral- und Differenzialverstärkung einstellen. Erfahren Sie, warum einfache PID-Regler versagen und wie kaskadierte Winkel-Positions-Regelkreise die Wagendrift beheben.

• Zustandsraum- und LQR-Regler: Lineare quadratische Regler durch Anpassen der Zustandsgewichtungs- ($Q$) und Stellgrößenmatrizen ($R$) entwerfen.

• Erweiterte Regelungsstrategien: Experimentieren Sie mit robusten, Gleitmodus- und adaptiven Regelungsalgorithmen, um unmodellierte Systemdynamiken zu bewältigen.

📊 Dynamische Echtzeitvisualisierung

• Live-Oszilloskopgrafiken: Winkelabweichung ($\theta$), Wagenverschiebung ($x$) und Stellgröße ($u$) gleichzeitig verfolgen.

• Phasendiagramme: Winkelgeschwindigkeit ($\dot{\theta}$) gegen Winkel ($\theta$) darstellen, um Stabilitätsbereiche, Grenzzyklen und Systemattraktoren zu visualisieren.

• Impulsmarkierungen: Visuelle Kraftvektorpfeile und Diagramm-Ereignismarkierungen werden sofort nach Berührung des Bildschirms ausgelöst.

⚠️ Reale Hardware-Unvollkommenheiten

Aktivieren Sie praktische technische Einschränkungen, um zu sehen, wie reale Regler außerhalb idealer mathematischer Bedingungen reagieren:

• Aktuatorsättigung & Integral-Windup: Legen Sie maximale Drehmomentgrenzen für Motoren fest.

• Sensorrauschen: Fügen Sie Gaußsches Rauschen zu Zustandsmessungen hinzu, um die Leistung des Ableitungsfilters zu testen.

• Abtastlatenz: Reduzieren Sie die Schleifenaktualisierungsraten (10 Hz – 100 Hz), um Diskretisierungseffekte zu analysieren.

🎓 Für wen ist Pendulum Lab geeignet?

• Elektro-, Maschinenbau- und Mechatronikingenieure, die sich mit Regelungstechnik auseinandersetzen.

• Professoren und Dozenten, die eine intuitive visuelle Unterstützung für Vorlesungen und Labordemonstrationen suchen.

• Robotik-Begeisterte und Entwickler, die mit der Entwicklung von Regelungsalgorithmen auf Mobilgeräten experimentieren.

Laden Sie Pendulum Lab noch heute herunter und verwandeln Sie komplexe Regelungstechnik in eine interaktive, visuelle Spielwiese!