Autor dieser Frage: Anthony Rossiter, School of Electrical and Electronic Engineering, University of Sheffield, England
Der Weihnachtsmann wendet seit vielen Jahren eine sanfte Strategie an, um seine Rentiere auf den Dächern landen zu lassen: Er gibt ihnen vorsichtige, bedächtige Anweisungen, langsamer zu werden, wenn sie sich jedem Dach nähern, und kommt sanft an, um harte Landungen zu vermeiden. Diese Methode, die als „Rückkopplungsgesetz“ bekannt ist, teilt den Rentieren mit, wie viel Kraft sie in Abhängigkeit von der noch zurückzulegenden Strecke, also dem Abstand zum Ziel, aufwenden müssen.
Bei der derzeitigen Einstellung (blaue Kurve in der Abbildung unten) werden die Rentiere des Weihnachtsmanns allmählich langsamer und erreichen direkt über dem Haus sanft den Nullpunkt, landen also auf dem Zieldach. Das ist zwar sanft und sicher, dauert aber etwas zu lange. Die Rentiere halten sich gut an diese Methode, aber der langsame Anflug führt dazu, dass der Weihnachtsmann seine Route kaum noch rechtzeitig beenden kann. Deshalb hat der Weihnachtsmann eine neue Idee: Er glaubt, dass die Rentiere ihren Anflug beschleunigen können, indem sie abrupter zum Stehen kommen (indem sie den Parameter K erhöhen), so dass sie schneller anhalten und Zeit sparen. Da Rentiere magisch sind und scheinbar nie müde werden, glaubt der Weihnachtsmann, dass dieser Ansatz perfekt funktionieren sollte – je größer K, desto schneller die Lieferung!
Aber eine Frage bleibt: Sollte der Weihnachtsmann seine Anweisungen verstärken (indem er K auf eine größere Zahl erhöht), oder sollte er K gar nicht ändern, um die Dächer schneller zu erreichen?
a. 🚀💨💜 K sollte so hoch wie möglich eingestellt werden, etwa auf den riesigen Wert, der zu der lila Kurve in der Abbildung führt. Dadurch werden die Rentiere wie im Turbomodus herangezoomt. Und wen stört es, wenn die Mütze des Weihnachtsmanns wegfliegt? Solange die Rentiere unbegrenzt viel Kraft aufbringen können, ist das die beste Methode, um die riesige Anzahl von Geschenken zu verteilen.
b. 🎯🌀💛 Der Wert von K sollte auf einen großen, angemessenen Wert gesetzt werden, wie in der gelben Antwort vorgeschlagen. Ein noch größerer Wert für K hilft dem Schlitten jedoch nicht, das Ziel schneller zu erreichen, sondern führt zu Schwingungen um das Zieldach, die den Weihnachtsmann und die Rentiere ziemlich schwindlig machen.
c. ⚡🔧❤️ Der Wert von K sollte im Vergleich zur aktuellen Einstellung erhöht werden, aber nicht zu sehr. Der mittlere Wert (rote Kurve) zeigt, dass die Rentiere ihr Bestes geben und ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und kontrollierter Bewegung finden. Was kann da schiefgehen? Es ist ja nicht so, dass der Schlitten plötzlich Kunststücke macht, oder?
d. 🐢📚💙 Man sollte bei der derzeitigen Einstellung bleiben. Sicher, es ist ein bisschen langsam, aber zuverlässig. Außerdem gehe ich lieber auf Nummer sicher, bis ich diesen PID-Feedback-Design-Kurs belege und für den Weihnachtsmann zu Weihnachten eine A+-Rentierantriebsstrategie entwerfe.
e. 🤖✨🎅 Diese Frage geht über die Regelungstechnik hinaus – das ist eine Aufgabe für künstliche Intelligenz! Bringen wir den Rentieren des Weihnachtsmannes bei, wie sie im Flug lernen. Nächster Halt: Robo-Rentiere und KI-Schlittenfahrten!
