Invertiertes Pendel: Kontrolltheorie und Dynamik - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Das umgekehrte Pendel ist ein klassisches Problem der Dynamik- und Regelungstheorie, das in der Regel in Physik- oder Mathematikkursen an Gymnasien und Bachelorstudiengängen bearbeitet wird. Da ich selbst ein Mathematik- und Naturwissenschaftler bin, beschloss ich, die Konzepte, die ich während meines Unterrichts gelernt habe, zu versuchen und umzusetzen, um ein umgekehrtes Pendel zu bauen. Die Anwendung solcher Konzepte im wirklichen Leben trägt nicht nur dazu bei, Ihr Verständnis der Konzepte zu stärken, sondern setzt Sie auch einer ganz neuen Dimension von Problemen und Herausforderungen aus, die sich mit Praxis und realen Situationen befassen, denen man im Theorieunterricht nie begegnen kann.

In diesem anweisbaren werde ich zuerst das umgekehrte Pendelproblem einführen, dann den theoretischen Aspekt des Problems behandeln und dann die Hardware und Software diskutieren, die erforderlich sind, um dieses Konzept zum Leben zu erwecken.

Ich schlage vor, dass Sie sich das oben angehängte Video ansehen, während Sie das instructable durchgehen, das Ihnen ein besseres Verständnis gibt.

Und zu guter Letzt vergessen Sie bitte nicht, beim 'Classroom Science Contest' eine Stimme abzugeben, wenn Ihnen dieses Projekt gefallen hat, und zögern Sie nicht, Fragen im Kommentarbereich unten zu hinterlassen. Viel Spaß beim Machen!:)

Schritt 1: Das Problem

Das Problem des umgekehrten Pendels ist vergleichbar mit dem Balancieren eines Besens oder einer langen Stange auf der Handfläche, was die meisten von uns als Kind ausprobiert haben. Wenn unsere Augen sehen, dass der Pol auf eine bestimmte Seite fällt, senden sie diese Informationen an das Gehirn, das bestimmte Berechnungen durchführt und dann Ihren Arm anweist, sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit in eine bestimmte Position zu bewegen, um der Bewegung des Pols entgegenzuwirken, was hoffentlich die Kippen Sie die Stange wieder in die Senkrechte. Dieser Vorgang wird mehrere hundert Mal pro Sekunde wiederholt, wodurch die Stange vollständig unter Ihrer Kontrolle bleibt. Das umgekehrte Pendel funktioniert in ähnlicher Weise. Ziel ist es, ein Pendel kopfüber auf einem Wagen zu balancieren, der sich bewegen darf. Anstelle von Augen wird ein Sensor verwendet, um die Position des Pendels zu erfassen, der die Informationen an einen Computer sendet, der bestimmte Berechnungen durchführt und Aktoren anweist, den Wagen so zu bewegen, dass das Pendel wieder vertikal wird.

Schritt 2: Die Lösung

Dieses Problem, ein Pendel auf dem Kopf zu balancieren, erfordert einen Einblick in die Bewegungen und Kräfte, die in diesem System wirken. Letztendlich wird uns diese Erkenntnis ermöglichen, "Bewegungsgleichungen" des Systems zu entwickeln, die verwendet werden können, um Beziehungen zwischen der Ausgabe, die an die Aktoren geht, und den Eingaben der Sensoren zu berechnen.

Die Bewegungsgleichungen können je nach Niveau auf zwei Arten abgeleitet werden. Sie können entweder anhand der Grundgesetze von Newton und einiger Mathematik auf High-School-Niveau abgeleitet werden oder mithilfe der Lagrangeschen Mechanik, die im Allgemeinen in Physik-Grundkursen eingeführt wird. (Anmerkung: Die Ableitung der Bewegungsgleichungen mit den Newtonschen Gesetzen ist einfach, aber mühsam, während die Verwendung der Lagrange-Mechanik viel eleganter ist, aber das Verständnis der Lagrange-Mechanik erfordert, obwohl beide Ansätze letztendlich zur gleichen Lösung führen).

Beide Ansätze und ihre formalen Ableitungen werden in der Regel in Mathe- oder Physikunterricht an Gymnasien oder im Grundstudium behandelt, obwohl sie leicht über eine einfache Google-Suche oder über diesen Link gefunden werden können. Wenn wir die endgültigen Bewegungsgleichungen beobachten, bemerken wir eine Beziehung zwischen vier Größen:

• Der Winkel des Pendels zur Vertikalen
• Die Winkelgeschwindigkeit des Pendels
• Die Winkelbeschleunigung des Pendels
• Die lineare Beschleunigung des Wagens

Wobei die ersten drei Größen sind, die vom Sensor gemessen werden und die letzte Größe an den Aktuator gesendet wird, um ihn auszuführen.

Schritt 3: Kontrolltheorie

Die Regelungstheorie ist ein Teilgebiet der Mathematik, das sich mit der Steuerung und dem Betrieb dynamischer Systeme in technischen Prozessen und Maschinen befasst. Ziel ist es, ein Regelmodell oder einen Regelkreis zu entwickeln, um generell Stabilität zu erreichen. Balancieren Sie in unserem Fall das auf dem Kopf stehende Pendel.

Es gibt zwei Haupttypen von Regelkreisen: Open Loop Control und Closed Loop Control. Bei der Implementierung einer Steuerung mit offenem Regelkreis ist die Regelaktion oder der Befehl des Controllers unabhängig vom Ausgang des Systems. Ein gutes Beispiel dafür ist ein Ofen, bei dem die Zeit, die der Ofen eingeschaltet bleibt, rein von der Zeitschaltuhr abhängt.

In einem geschlossenen Regelkreis hingegen ist der Befehl des Controllers von der Rückmeldung des Systemzustands abhängig. In unserem Fall ist die Rückmeldung der Winkel des Pendels in Bezug auf die Normale, der die Geschwindigkeit und Position des Wagens bestimmt, wodurch dieses System zu einem geschlossenen Regelkreis wird. Oben angehängt ist eine visuelle Darstellung in Form eines Blockdiagramms eines geschlossenen Regelkreises.

Es gibt mehrere Rückkopplungsmechanismen, aber eine der am weitesten verbreiteten ist der Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler), den wir verwenden werden.

Hinweis: Das Verständnis der Funktionsweise solcher Controller ist sehr nützlich bei der Entwicklung eines erfolgreichen Controllers, obwohl das Erklären der Operationen eines solchen Controllers den Rahmen dieser Anleitung sprengt. Falls Sie in Ihrem Kurs noch nicht auf diese Art von Controllern gestoßen sind, gibt es eine Menge Material online und eine einfache Google-Suche oder ein Online-Kurs hilft.

Schritt 4: Implementieren dieses Projekts in Ihrem Klassenzimmer

Altersgruppe: Dieses Projekt richtet sich in erster Linie an Gymnasiasten oder Grundschüler, könnte aber auch jüngeren Kindern einfach als Demonstration mit einem Überblick über die Konzepte präsentiert werden.

Behandelte Konzepte: Die Hauptkonzepte, die in diesem Projekt behandelt werden, sind Dynamik und Kontrolltheorie.

Zeitbedarf: Nachdem alle Teile gesammelt und gefertigt sind, dauert der Zusammenbau 10 bis 15 Minuten. Die Erstellung des Kontrollmodells erfordert etwas mehr Zeit, dafür können den Studierenden 2 bis 3 Tage Zeit gegeben werden. Sobald jeder einzelne Schüler (oder jede Schülergruppe) seine jeweiligen Kontrollmodelle entwickelt hat, kann ein weiterer Tag für die einzelnen oder die Teams genutzt werden, um zu demonstrieren.

Eine Möglichkeit, dieses Projekt in Ihrem Klassenzimmer zu implementieren, besteht darin, das System (in den folgenden Schritten beschrieben) aufzubauen, während der Batch an den Unterthemen der Physik im Zusammenhang mit der Dynamik arbeitet oder während Sie Regelsysteme im Mathematikunterricht studieren. Auf diese Weise können Ideen und Konzepte, die ihnen im Unterricht begegnen, direkt in eine reale Anwendung umgesetzt werden, wodurch ihre Konzepte viel klarer werden, denn es gibt keinen besseren Weg, ein neues Konzept zu lernen, als es in der Realität umzusetzen.

Ein einzelnes System kann zusammen als Klasse gebaut werden und dann kann die Klasse in Teams aufgeteilt werden, von denen jedes ein Kontrollmodell von Grund auf neu erstellt. Jedes Team kann dann seine Arbeit in einem Wettkampfformat demonstrieren, bei dem das beste Kontrollmodell dasjenige ist, das am längsten balancieren kann und Stößen und Stößen robust standhält.

Eine andere Möglichkeit, dieses Projekt in Ihrem Klassenzimmer zu implementieren, besteht darin, ältere Kinder (High School-Niveau oder so) zu entwickeln, dieses Projekt zu entwickeln und es jüngeren Kindern zu demonstrieren, während Sie ihnen einen Überblick über Dynamik und Steuerung geben. Dies kann nicht nur das Interesse der jüngeren Kinder für Physik und Mathematik wecken, sondern auch den älteren Schülern helfen, ihre Konzepte der Theorie zu kristallisieren, denn eine der besten Möglichkeiten, Ihre Konzepte zu stärken, besteht darin, sie anderen, insbesondere jüngeren Kindern, zu erklären, wenn dies erforderlich ist Ihre Ideen ganz einfach und klar zu formulieren.

Schritt 5: Teile und Zubehör

Der Wagen kann sich frei auf einer Reihe von Schienen bewegen, was ihm einen einzigen Freiheitsgrad gibt. Hier sind die Teile und Zubehör, die für die Herstellung des Pendels und des Wagen- und Schienensystems erforderlich sind:

Elektronik:

• Ein Arduino-kompatibles Board, jedes funktioniert. Ich empfehle ein Uno, falls Sie mit Elektronik nicht allzu erfahren sind, da es einfacher ist, mitzumachen.
• Ein Nema17-Schrittmotor, der als Antrieb für den Wagen fungiert.
• Ein Schrittmotortreiber, wieder funktioniert alles, aber ich empfehle den Schrittmotortreiber A4988, weil es einfacher ist, ihm zu folgen.
• Eine MPU-6050 Six-Axis (Gyro + Accelerometer), die die verschiedenen Parameter wie Winkel und Winkelgeschwindigkeit des Pendels erkennt.
• Ein 12V 10A Netzteil, 10A ist eigentlich ein leichter Overkill für dieses spezielle Projekt, alles über 3A wird funktionieren, aber die Möglichkeit, zusätzlichen Strom zu ziehen, ermöglicht zukünftige Entwicklungen, bei denen möglicherweise mehr Leistung benötigt wird.

Hardware:

• 16 x Lager, ich habe Skateboardlager verwendet und sie haben super funktioniert
• 2 x GT2 Riemenscheiben und Riemen
• Ungefähr 2,4 Meter 1,5-Zoll-PVC-Rohr
• Bündel von 4mm Muttern und Schrauben

Einige der Teile, die in diesem Projekt verwendet wurden, wurden auch 3D-gedruckt, daher ist ein 3D-Drucker sehr nützlich, obwohl lokale oder Online-3D-Druckeinrichtungen allgemein verfügbar sind.

Die Gesamtkosten aller Teile betragen nur etwas weniger als 50 $ (ohne 3D-Drucker)

Schritt 6: 3D-gedruckte Teile

Einige der Teile des Wagen- und Schienensystems mussten kundenspezifisch angefertigt werden, daher habe ich das kostenlose Fusion360 von Autodesk verwendet, um die CAD-Dateien zu modellieren und sie auf einem 3D-Drucker in 3D zu drucken.

Einige der Teile, die reine 2D-Formen waren, wie das Pendel und das Portalbett, wurden lasergeschnitten, da es viel schneller war. Alle STL-Dateien sind unten im ZIP-Ordner angehängt. Hier ist eine vollständige Liste aller Teile:

• 2 x Portalrolle
• 4 x Endkappen
• 1 x Stepperhalterung
• 2 x Riemenscheibenlagerhalter
• 1 x Pendelhalter
• 2 x Gürtelbefestigung
• 1 x Pendellagerhalter (a)
• 1 x Pendellagerhalter (b)
• 1 x Riemenscheibenloch-Abstandshalter
• 4 x Distanzstück für Lagerbohrungen
• 1 x Gantry-Platte
• 1 x Stepper-Halterplatte
• 1 x Leerlauf-Riemenscheiben-Halterplatte
• 1 x Pendel (a)
• 1 x Pendel (b)

Insgesamt gibt es 24 Teile, deren Druck nicht allzu lange dauert, da die Teile klein sind und zusammen gedruckt werden können. Im Verlauf dieses anweisbaren werde ich mich auf die Teile beziehen, die auf den Namen in dieser Liste basieren.

Schritt 7: Montage der Gantry-Rollen

Die Portalrollen sind wie die Räder für den Wagen. Diese rollen entlang der PVC-Schiene, wodurch sich der Wagen mit minimaler Reibung reibungslos bewegen kann. Greifen Sie für diesen Schritt zu den beiden 3D-gedruckten Portalrollen, 12 Lagern und einem Haufen Muttern und Schrauben. Sie benötigen 6 Lager pro Rolle. Befestigen Sie die Lager mit den Muttern und Schrauben an der Rolle (verwenden Sie die Bilder als Referenz). Sobald jede Rolle hergestellt ist, schieben Sie sie auf das PVC-Rohr.

Schritt 8: Zusammenbau des Antriebssystems (Schrittmotor)

Der Wagen wird von einem Standard Nema17 Schrittmotor angetrieben. Klemmen Sie den Motor mit den Schrauben, die im Set mit dem Stepper enthalten sein sollten, in die Stepperhalterung. Schrauben Sie dann die Halterung auf die Stepper-Halterplatte, richten Sie die 4 Löcher an der Halterung mit den 4 an der Platte aus und verwenden Sie Muttern und Schrauben, um die beiden zusammen zu befestigen. Montieren Sie als nächstes die GT2-Riemenscheibe auf der Welle des Motors und befestigen Sie die 2 Endkappen von unten mit mehr Muttern und Schrauben an der Stepper-Halterplatte. Sobald Sie fertig sind, können Sie die Endkappen auf die Rohre schieben. Falls die Passform zu gut ist, anstatt die Endkappen auf die Rohre zu zwingen, empfehle ich, die Innenfläche der 3D-gedruckten Endkappe zu schleifen, bis die Passform fest sitzt.

Schritt 9: Zusammenbau des Antriebssystems (Leerlaufrolle)

Die Schrauben und Muttern, die ich verwendet habe, hatten einen Durchmesser von 4 mm, obwohl die Bohrungen an der Riemenscheibe und den Lagern 6 mm betrugen, weshalb ich Adapter in 3D drucken und in die Löcher der Riemenscheibe und der Lager schieben musste, damit sie es nicht taten wackeln an der Schraube. Wenn Sie Muttern und Schrauben der richtigen Größe haben, ist dieser Schritt nicht erforderlich.

Setzen Sie die Lager in den Lagerhalter der Umlenkrolle ein. Wenn die Passung noch einmal zu fest ist, verwenden Sie Sandpapier, um die Innenwand des Lagerhalters der Umlenkrolle leicht zu schleifen. Führen Sie eine Schraube durch eines der Lager, schieben Sie dann eine Riemenscheibe auf die Schraube und schließen Sie das andere Ende mit dem zweiten Lager- und Umlenkrollenlagerhaltersatz.

Sobald dies erledigt ist, befestigen Sie das Paar Leerlaufriemenscheiben-Lagerhalter auf der Leerlaufriemenscheiben-Halterplatte und befestigen Sie die Endkappen an der Unterseite dieser Platte, ähnlich wie im vorherigen Schritt. Verschließen Sie schließlich das gegenüberliegende Ende der beiden PVC-Rohre mit diesen Endkappen. Damit sind die Schienen für Ihren Wagen komplett.

Schritt 10: Montage der Gantry

Der nächste Schritt besteht darin, den Wagen zu bauen. Befestigen Sie die beiden Rollen zusammen mit der Portalplatte und 4 Muttern und Schrauben. Die Portalplatten haben Schlitze, damit Sie die Position der Platte für leichte Anpassungen anpassen können.

Montieren Sie anschließend die beiden Gurtbefestigungen auf beiden Seiten der Portalplatte. Achten Sie darauf, sie von unten zu befestigen, da der Gürtel sonst nicht auf gleicher Höhe ist. Achten Sie darauf, die Schrauben auch von unten einzuführen, da sonst zu lange Schrauben den Riemen blockieren können.

Schließlich befestigen Sie den Pendelhalter mit Muttern und Schrauben an der Vorderseite des Wagens.

Schritt 11: Zusammenbau des Pendels

Das Pendel wurde in zwei Teilen gefertigt, um Material zu sparen. Sie können die beiden Teile zusammenkleben, indem Sie die Zähne ausrichten und mit Sekundenkleber verkleben. Schieben Sie die Lagerloch-Distanzstücke wieder in die beiden Lager, um die kleineren Schraubendurchmesser auszugleichen und schieben Sie dann die Lager in die Lagerlöcher der beiden Pendellager-Halterstücke. Klemmen Sie die beiden 3D-gedruckten Teile auf jeder Seite des unteren Endes des Pendels fest und befestigen Sie die 3 mit 3 Muttern und Schrauben, die durch die Pendellagerhalter gehen. Führen Sie eine Schraube durch die beiden Lager und sichern Sie das andere Ende mit einer entsprechenden Mutter.

Als nächstes schnappen Sie sich Ihren MPU6050 und befestigen ihn mit Befestigungsschrauben am gegenüberliegenden Ende des Pendels.

Schritt 12: Montage des Pendels und der Riemen

Der letzte Schritt besteht darin, das Pendel auf den Wagen zu montieren. Führen Sie dazu die zuvor durch die beiden Pendellager geführte Schraube durch das Loch an der Pendelhalterung, die an der Vorderseite des Wagens befestigt ist, und verwenden Sie eine Mutter am anderen Ende, um das Pendel am Wagen zu befestigen.

Greifen Sie zum Schluss Ihren GT2-Gürtel und befestigen Sie zunächst ein Ende an einem der am Wagen festgeklemmten Gurtaufsätze. Dafür habe ich einen ordentlichen 3D-druckbaren Gürtelclip verwendet, der am Ende des Gürtels befestigt wird und verhindert, dass dieser durch den schmalen Schlitz rutscht. Die stls für dieses Stück finden Sie auf Thingiverse unter diesem Link. Wickeln Sie den Riemen vollständig um die Schrittriemenscheibe und die Leerlaufriemenscheibe und befestigen Sie das andere Ende des Riemens am Riemenbefestigungsstück am gegenüberliegenden Ende des Wagens. Spannen Sie den Riemen und achten Sie darauf, dass Sie ihn nicht zu stark spannen oder zu locker lassen, und damit ist Ihr Pendel und Ihr Wagen komplett!

Schritt 13: Verkabelung und Elektronik

Die Verkabelung besteht aus dem Anschluss des MPU6050 an den Arduino und der Verkabelung des Antriebssystems. Folgen Sie dem oben angehängten Schaltplan, um jede Komponente anzuschließen.

MPU6050 zu Arduino:

• GND zu GND
• +5v bis +5v
• SDA auf A4
• SCL bis A5
• Int zu D2

Schrittmotor zu Schritttreiber:

• Spule 1(a) bis 1A
• Spule 1(b) bis 1B
• Spule 2(a) bis 2A
• Spule 2(b) bis 2B

Stepper-Treiber zu Arduino:

• GND zu GND
• VDD bis +5V
• SCHRITT zu D3
• DIR zu D2
• VMOT zum Pluspol des Netzteils
• GND zum Masseanschluss des Netzteils

Die Sleep- und Reset-Pins des Stepper-Treibers müssen mit einem Jumper verbunden werden. Und schließlich bietet es sich an, einen Elektrolytkondensator von ca. 100 uF parallel zum Plus- und Masseanschluss des Netzteils zu schalten.

Schritt 14: Steuerung des Systems (Proportionalsteuerung)

Anfangs entschied ich mich, ein einfaches proportionales Steuerungssystem auszuprobieren, dh die Geschwindigkeit des Wagens ist einfach um einen bestimmten Faktor proportional zu dem Winkel, den das Pendel mit der Vertikalen bildet. Dies sollte nur ein Test sein, um sicherzustellen, dass alle Teile richtig funktionieren. Dieses grundlegende Proportionalsystem war jedoch robust genug, um das Pendel bereits im Gleichgewicht zu halten. Selbst sanften Stößen und Stößen konnte das Pendel recht robust begegnen. Obwohl dieses Kontrollsystem bemerkenswert gut funktionierte, gab es immer noch einige Probleme. Schaut man sich die Grafik der IMU-Messwerte über einen bestimmten Zeitraum an, können wir deutliche Schwingungen in den Sensormesswerten feststellen. Dies bedeutet, dass jedes Mal, wenn der Regler versucht, eine Korrektur vorzunehmen, er immer um einen bestimmten Betrag überschwingt, was in der Tat die Natur eines proportionalen Regelsystems ist. Dieser kleine Fehler kann korrigiert werden, indem ein anderer Controllertyp implementiert wird, der all diese Faktoren berücksichtigt.

Der Code für das proportionale Steuersystem ist unten beigefügt. Der Code erfordert die Unterstützung einiger zusätzlicher Bibliotheken, nämlich der MPU6050-Bibliothek, der PID-Bibliothek und der AccelStepper-Bibliothek. Diese können mit dem integrierten Bibliotheksmanager der Arduino IDE heruntergeladen werden. Gehen Sie einfach zu Sketch >> Bibliothek einschließen >> Bibliotheken verwalten, suchen Sie dann einfach nach PID, MPU6050 und AccelStepper in der Suchleiste und installieren Sie sie, indem Sie einfach auf die Schaltfläche Installieren klicken.

Mein Rat für alle, die sich für Wissenschaft und Mathematik interessieren, wäre jedoch, zu versuchen, einen solchen Controller von Grund auf neu zu bauen. Dies stärkt nicht nur Ihre Konzepte zu den Dynamik- und Regelungstheorien, sondern gibt Ihnen auch die Möglichkeit, Ihr Wissen in realen Anwendungen umzusetzen.

Schritt 15: Steuerung des Systems (PID-Steuerung)

Wenn sich ein Steuerungssystem im wirklichen Leben als robust genug für seine Anwendung erweist, schließen die Ingenieure normalerweise das Projekt einfach ab, anstatt die Situationen durch den Einsatz komplexerer Steuerungssysteme zu verkomplizieren. Aber in unserem Fall bauen wir dieses umgekehrte Pendel nur zu Bildungszwecken. Daher können wir versuchen, zu komplexeren Regelsystemen wie der PID-Regelung überzugehen, die sich als weitaus robuster als ein einfaches proportionales Regelsystem erweisen kann.

Obwohl die PID-Regelung weitaus komplexer zu implementieren war, war das Pendel, wenn es einmal richtig implementiert und die perfekten Abstimmungsparameter gefunden hatte, deutlich besser ausbalanciert. An dieser Stelle könnte es auch leichten Stößen entgegenwirken. Die Messwerte der IMU über einen bestimmten Zeitraum (oben angefügt) beweisen auch, dass die Messwerte für den gewünschten Sollwert, dh die Vertikale, nie zu weit weggehen, was zeigt, dass dieses Regelsystem viel effektiver und robuster ist als die einfache Proportionalregelung.

Noch einmal, mein Rat für alle, die Wissenschaft und Mathematik sind, wäre, zu versuchen, einen PID-Regler von Grund auf neu zu bauen, bevor Sie den unten angehängten Code verwenden. Dies kann als Herausforderung angesehen werden, und man weiß nie, jemand könnte ein Steuerungssystem entwickeln, das weitaus robuster ist als alles, was bisher versucht wurde. Für Arduino steht zwar bereits eine robuste PID-Bibliothek zur Verfügung, die von Brett Beauregard entwickelt wurde, die über den Bibliotheksmanager auf der Arduino-IDE installiert werden kann.

Hinweis: Jedes Kontrollsystem und sein Ergebnis werden im Video gezeigt, das im ersten Schritt angehängt ist.

Schritt 16: Weitere Verbesserungen

Eines der Dinge, die ich ausprobieren wollte, war eine "Aufschwingen" -Funktion, bei der das Pendel zunächst unter dem Wagen hängt und der Wagen ein paar schnelle Auf- und Abbewegungen entlang der Schiene macht, um das Pendel aus dem Hängen hochzuschwenken Position in eine auf den Kopf gestellte umgekehrte Position. Dies war jedoch mit der aktuellen Konfiguration nicht machbar, da ein langes Kabel die Trägheitsmesseinheit mit dem Arduino verbinden musste, daher kann ein voller Kreis des Pendels dazu geführt haben, dass sich das Kabel verdreht und verheddert. Dieses Problem kann gelöst werden, indem anstelle einer Trägheitsmesseinheit an der Spitze des Pendels ein Drehgeber verwendet wird, der am Drehpunkt des Pendels angebracht ist. Bei einem Encoder dreht sich nur seine Welle mit dem Pendel, während der Körper stationär bleibt, was bedeutet, dass sich die Kabel nicht verdrehen.

Eine zweite Funktion, die ich ausprobieren wollte, war, ein Doppelpendel auf dem Wagen auszubalancieren. Dieses System besteht aus zwei hintereinander geschalteten Pendeln. Obwohl die Dynamik solcher Systeme weitaus komplexer ist und viel mehr Forschung erfordert.

Schritt 17: Endgültige Ergebnisse

Ein Experiment wie dieses kann die Stimmung einer Klasse positiv verändern. Im Allgemeinen ziehen es die meisten Menschen vor, Konzepte und Ideen anwenden zu können, um sie zu kristallisieren, sonst bleiben die Ideen "in der Luft", was dazu führt, dass die Menschen sie schneller vergessen. Dies war nur ein Beispiel für die Anwendung bestimmter im Unterricht erlernter Konzepte in einer realen Anwendung, obwohl dies bei den Schülern sicherlich die Begeisterung wecken wird, schließlich zu versuchen und ihre eigenen Experimente zu entwickeln, um die Theorien zu testen, was ihren zukünftigen Unterricht viel mehr machen wird lebendig, was sie dazu bringt, mehr zu lernen, was sie dazu bringt, neuere Experimente zu entwickeln und dieser positive Kreislauf wird sich fortsetzen, bis zukünftige Klassenzimmer voller so lustiger und unterhaltsamer Experimente und Projekte sind.

Ich hoffe, dies ist der Beginn vieler weiterer Experimente und Projekte! Wenn Sie dieses instructable mochten und es hilfreich fanden, lassen Sie bitte unten im "Klassenzimmer-Wissenschaftswettbewerb" eine Stimme fallen, und alle Kommentare oder Vorschläge sind willkommen! Dankeschön!:)

Zweiter Platz im Klassenzimmer-Wissenschaftswettbewerb