Ball Balancer dan PID Fiddler: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:11

Projek ini dipersembahkan untuk orang yang mempunyai pengalaman menggunakan Arduino. Pengetahuan sebelumnya tentang penggunaan servo, paparan OLED, pasu, butang, pematerian, akan sangat membantu. Projek ini menggunakan bahagian bercetak 3D.

Ball Balancer adalah pelantar ujian PID untuk bereksperimen dengan penalaan PID. PID Fiddler adalah alat kawalan jauh untuk menyesuaikan penalaan PID.

PID digunakan apabila anda memerlukan lebih banyak kawalan pergerakan. Contoh yang baik adalah robot pengimbang. Robot perlu membuat penyesuaian kecil untuk menjaga keseimbangan, dan tindak balas yang cepat untuk menangkapnya sendiri jika menghadapi benjolan atau tolakan. PID dapat digunakan untuk menyesuaikan respons motor roda untuk menjaga keseimbangan.

PID memerlukan maklum balas dari sensor. Robot pengimbang menggunakan gyros dan pecutan untuk mengukur sudut mutlak robot. Output sensor digunakan oleh PID untuk mengawal motor untuk menjaga keseimbangan.

Jadi mengapa saya membuat pengimbang bola yang membosankan? Sudah tentu ia sejuk, tetapi mengimbangi robot apabila mereka tidak disetel dengan betul. Mengimbangi robot bukanlah alat terbaik untuk bereksperimen dengan penalaan PID. Pengimbang bola jauh lebih stabil dan merupakan alat visual yang baik untuk melihat kesan penalaan PID. Pengetahuan yang diperoleh dari penalaan pengimbang bola dapat diterapkan untuk menala robot pengimbang.

Ball Balancer adalah rel pada titik pangsi. Di rel adalah bola yang bergerak maju-mundur di rel ketika rel tergelincir. Rel dilengkapi dengan servo. Di hujung rel adalah sensor yang mengukur jarak bola dari sensor. Input ke PID adalah jarak bola dari sensor, dan output PID adalah servo yang menggerakkan rel dan menggerakkan bola.

Saya menggunakan perpustakaan Arduino PID.

PID Fiddler adalah apa yang saya gunakan untuk menyesuaikan nilai PID. Anda tidak memerlukannya, tetapi ia sangat membantu. PID Fiddler berada jauh dari Ball Balancer, ia menghubungkan hanya dengan dua wayar, dan ia dapat disambungkan dan diputuskan semasa Ball Balancer sedang berjalan. Setelah anda mendapat nilai terbaik, nilainya dapat dikodkan dalam lakaran projek anda.

Usaha tambahan untuk membuat PID Fiddler terbayar dalam masa yang diperlukan untuk membuat perubahan pada PID. Anda dapat dengan cepat melihat hasil perubahan anda. Dan dapat digunakan kembali pada projek masa depan yang menggunakan PID. Belum lagi senang membina, dan kelihatan keren!

Langkah 1: Pengimbang Bola - Bahagian

Bahagian bercetak 3D terdapat di sini:

(Arahan pemasangan terdapat dalam arahan Post-Printing pada pautan di atas)

Sudut aluminium 1 - 1 "x 1/8", dipotong hingga 500mm.

1 - Adafruit VL53L0X Sensor Jarak Penerbangan:

1 - Servo Hobi dengan tanduk kawalan

1 - Kawat kaku untuk hubungan (kira-kira 7mm)

- Pelbagai. Skru pemasangan

1- Arduino Uno

2 - LED (merah, hijau)

Perintang 3 - 330 Ohm

- Pelbagai. Kabel pelompat dan Papan Roti

- Cat Spray Hitam Rata

1 - Bola Ping Pong Putih

Langkah 2: Pengimbang Bola - Pemasangan

Arahan pemasangan untuk Ball Balancer terdapat di sini:

Beberapa petua tambahan:

Semburkan cat bahagian dalam rel dengan warna hitam rata untuk mengurangkan ralat dari sensor.

Pautan (Ditunjukkan dalam gambar di atas):

- Gunakan wayar kaku sepanjang 7mm untuk hubungan antara tanduk kawalan servo dan pendakap sensor.

- Ratakan rel, letakkan tanduk kawalan mendatar pada titik tengah pergerakan servo (nilai servo 90).

- Bengkokkan gelung kecil di bahagian atas wayar, dan selekoh berbentuk z di bahagian bawah wayar.

- Masukkan ujung z ke dalam tanduk kawalan, tandakan titik di tengah gelung pada pendakap sensor.

- Bor lubang kecil dan gunakan skru kecil untuk memasang wayar ke pendakap sensor.

Langkah 3: Pendawaian Pengimbang Bola & Lakaran Arduino

Rujuk gambar di atas untuk pendawaian.

Gunakan bekalan kuasa yang berasingan untuk servo. Ini mungkin merupakan bekalan kuasa bangku, atau pek bateri. Saya menggunakan bekalan kuasa bangku pada 5V.

PID Fiddler akan dipasang oleh dua wayar, satu ke Pin 1 (Serial RX), dan satu ke arde.

Lakaran disediakan.

Nota Lakaran: Nilai set point akan berubah dari 200mm hingga 300mm setiap 15 saat. Sangat berguna untuk menggunakan Monitor Serial pada Arduino IDE untuk melihat output sensor.

Langkah 4: PID Fiddler 2 - Bahagian

Perisai dan kenop yang dicetak 3D terdapat di sini:

4 - 10 pot Kohm

1- Butang Kenalan Sekejap:

1- Paparan Grafik Adafruit Monochrome 128x32 I2C OLED:

1- Arduino Uno

- pelbagai. header ping (.1 in), blok terminal, wayar cangkuk

Langkah 5: Pid Fiddler 2 - Sketsa Pendawaian, Pemasangan dan Arduino

Gunakan rajah pendawaian untuk memasang perisai.

Petua Perhimpunan:

- Untuk petua membuat papan litar tersuai, lihat arahan saya:

- Header gam super pada perisai bercetak 3D.

- Saya menggunakan wayar bungkus wayar.

- Gunakan periuk bawah persegi dan potong tab pemasangan, lekatkan panas di tempatnya.

- Komponen disolder. Gunakan header wanita untuk OLED, dan OLED boleh dicabut dengan mudah dan dikeluarkan untuk digunakan dalam projek lain.

Nota Lakaran:

- Sambungkan wayar dari blok terminal (berwayar ke pin 2, TX) ke pin 1 (siri RX) Ball Balancer Arduino. Sambungkan wayar di antara blok terminal (tanah) ke tanah Ball Balancer Arduino.

- Tahan butang, atur tombol untuk menyesuaikan tetapan PID, butang lepaskan untuk mengirim nilai ke Ball Balancer.

Langkah 6: Menggunakan Ball Balancer dan PID Fiddler

Yang tinggal hanyalah bermain dengannya!

- Letakkan bola di rel.

- Tahan butang pada PID Fiddler, tetapkan P, I, dan D ke sifar, ST hingga 200 untuk memulakan.

- Servo akan berhenti bertindak balas.

- Sekarang mulailah bereksperimen dengan nilai P, I, dan D yang berbeza untuk melihat bagaimana ia mempengaruhi tindak balas dan pergerakan bola.

- Cuba ubah nilai untuk Sample Time (ST). Masa sampel adalah masa dalam milisaat input dikumpulkan. Nilai rata-rata sepanjang masa sampel. Output sensor dari target pegun akan berbeza-beza dengan jumlah yang sedikit. Sekiranya masa sampel terlalu kecil, output PID akan "jitter". PID cuba membetulkan kebisingan dalam pembacaan sensor. Menggunakan Sample Times yang lebih lama akan meredakan kebisingan, tetapi output PID akan menjadi tersentak.

Langkah 7:

Tidak digunakan