Столько Удовольствия, Сколько Вы Можете Получить С Мячом И Обручем

Привет, меня зовут Майк, и я выздоравливающий физик. Или был, пока не нашел это видео.

Ладно, это не всем придется по вкусу, но уверяю вас, это весело. Как вы управляете шаром внутри колеса, когда у вас есть только контроль над вращением колеса?

Теория управления увлекательна, и все это основано на механике, линейных системах, и вы хорошо понимаете идею. Если вы немного разбираетесь в физике, не слишком боитесь математики и умеете программировать, это может стать вашим новым хобби. Конечно, создание системы обруча и мяча не выходит за рамки возможностей любого, кто счастлив использовать Raspberry Pi для управления двигателем. Дизайнеры Мартин Гуртнер и Иржи Земанек из Чешского технического университета в Праге предоставили все подробности о том, как построить его на Github, в комплекте с программным обеспечением:

В данном случае причина веселья, я имею в виду серьезные исследования, частично заключается в том, чтобы принять участие в конкурсе видеоклипов IEEE CSS и частично продемонстрировать передовую технику численного оптимального управления. Видео интересно, потому что оно объясняет, как все работает, и не боится показывать, когда что-то идет не так. 

Взгляните на первый трюк, который заключается в том, чтобы заставить мяч сделать полный цикл, и в конце есть демонстрация замедленного движения, где вы можете увидеть, что происходит гораздо более подробно:

Если вы хотите узнать больше, есть статья, которая объясняет это очень подробно и описывает еще более впечатляющий трюк — заставить мяч приземлиться на внутреннее колесо и уравновесить его на внутреннем колесе. Теперь это заслуживает видео.

Заключение статьи интересно и предполагает некоторую дальнейшую работу:

«Мы показали, что хорошо известная система мяча и обруча может быть использована не только для демонстрации некоторых аспектов теории линейного управления, но и для демонстрации сильных сторон численного оптимального управления. Мы расширили систему мяча и обруча другим обручем и описали эту расширенную систему с помощью гибридной модели. Мы представили две задачи для расширенной системы, которые идеально подходят для демонстрации генерации и стабилизации траектории и их решения. Поскольку модель расширенной системы проста, ее также можно использовать для демонстрации методов управления, основанных на программировании суммы квадратов. Например, предлагаемое нами решение представленных задач может быть расширено с помощью деревьев LQR для работы также при различных начальных условиях. Кроме того, внутренний обруч может быть заменен чем-то другим. Например, можно заменить его балкой и изменить задачу 2, чтобы “поместить мяч на балку и стабилизировать его там”. Или внутренний обруч может быть заменен рельсами в форме восьмерки, и задача “бабочка” может быть решена в системе»