Балансиращ топка и PID скрипач: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Този проект е представен за хора, които имат опит с използването на Arduino. Предварителните познания за използване на сервомотори, OLED дисплеи, саксии, бутони, запояване ще бъдат полезни. Този проект използва 3D отпечатани части.

Ball Balancer е PID тестова платформа за експерименти с PID настройка. PID Fiddler е дистанционно за регулиране на PID настройка.

PID се използва, когато имате нужда от по -голям контрол на движението. Добър пример е балансиращият робот. Роботът трябва да направи малки корекции, за да поддържа баланс, и бърза реакция, за да се хване, ако срещне удар или натиск. PID може да се използва за настройване на реакцията на двигателите на колелата, за да се поддържа баланс.

PID изисква обратна връзка от сензор. Балансиращият робот използва жироскопи и акселерометри за измерване на абсолютния ъгъл на робота. Изходът на сензора се използва от PID за управление на двигателите за поддържане на баланс.

И така, защо направих скучен балансьор на топка? Разбира се, че е готино, но балансиращите роботи се преобръщат, когато не са настроени правилно. Балансиращите роботи не са най -доброто устройство за експериментиране с PID настройка. Балансиращият топка е много по -стабилен и е добър визуален инструмент, за да видите ефектите от PID настройката. Знанията, придобити от настройката на балансиращия топка, могат да бъдат приложени за настройка на балансиращ робот.

Ball Balancer е релса на шарнирна точка. На релсата има топка, която се движи напред -назад по релсата, когато релсата е наклонена. Релсата е наклонена със серво. В края на шината има сензор, който измерва разстоянието на топката от сензора. Входът към PID е разстоянието на топката от сензора, а изходът на PID е серво, което наклонява релсата и премества топката.

Използвам PID библиотеката на Arduino.

PID Fiddler е това, което използвам за настройка на PID стойностите. Нямате нужда от такъв, но помага. PID Fiddler е отдалечен от Ball Balancer, той се свързва само с два проводника и може да бъде свързан и изключен, докато Ball Balancer работи. След като намерите най -добрите стойности, стойностите могат да бъдат кодирани трудно в скицата на вашия проект.

Допълнителните усилия да направите PID Fiddler се изплащат във времето, необходимо за извършване на промени в настройката на PID. Можете бързо да видите резултатите от промените си. И може да се използва повторно в бъдещи проекти, които използват PID. Да не говорим, че е забавно да се изгради и изглежда страхотно!

Стъпка 1: Балансиращ топка - части

3D отпечатани части, намерени тук:

(Инструкциите за сглобяване се намират в инструкциите за следпечатване в горната връзка)

1 - 1 "x 1/8" алуминиев ъгъл, изрязан до 500 мм дължина.

1 - Датчик за време на полет Adafruit VL53L0X:

1 - Хоби серво с клаксон

1 - Твърд проводник за свързване (около 7 мм)

- Разни Монтажни винтове

1- Arduino Uno

2 - светодиоди (червен, зелен)

3 - 330 ома резистори

- Разни Джъмперни проводници и платка

- Плоска черна спрей боя

1 - Бяла топка за пинг -понг

Стъпка 2: Ball Balancer - Монтаж

Инструкции за сглобяване на Ball Balancer можете да намерите тук:

Някои допълнителни съвети:

Напръскайте вътрешната част на шината в черно, за да намалите грешката от сензора.

Връзка (показана на снимката по -горе):

- Използвайте твърд проводник с дължина около 7 мм за свързване между клаксона на сервоуправлението и скобата на сензора.

- Изравнете релсата, поставете управляващия клаксон хоризонтално в средната точка на серво движението (стойност на серво 90).

- Огънете малка бримка в горната част на жицата и огъване под формата на z в долната част на жицата.

- Поставете края z в контролния клаксон, маркирайте точката в центъра на контура върху скобата на сензора.

- Пробийте малка дупка и използвайте малък винт, за да прикрепите жицата към скобата на сензора.

Стъпка 3: Окабеляване на топка за балансиране и скица на Arduino

Вижте снимката по -горе за окабеляване.

Използвайте отделно захранване за серво. Това може да бъде захранване от пейка или батерия. Използвам настолно захранване, настроено на 5V.

PID скрипачът ще бъде свързан с два проводника, един към Pin 1 (Serial RX) и един към земята.

Скицата е предоставена.

Бележки за скици: Стойността на зададената точка ще се променя от 200 мм на 300 мм на всеки 15 секунди. Полезно е да използвате серийния монитор на Arduino IDE, за да видите изхода на сензора.

Стъпка 4: PID Скрипач 2 - Части

3D отпечатан щит и копчета се намират тук:

4 - 10 Kohm саксии

1- Бутони за моментни контакти:

1- Adafruit Monochrome 128x32 I2C OLED графичен дисплей:

1- Arduino Uno

- различни пинг на заглавката (0,1 инча), клемни блокове, свързващ проводник

Стъпка 5: Pid Fiddler 2 - Окабеляване, монтаж и скица на Arduino

Използвайте електрическата схема за окабеляване на щита.

Съвети за сглобяване:

-За съвети относно изработката на персонализирани платки вижте инструкциите ми:

- Супер лепилни заглавки на 3D отпечатания щит.

- Използвам телена обвивка.

- Използвайте саксии с квадратно дъно и отрежете монтажните пластини, залепете ги горещо на място.

- Компонентите са запоени. Използвайте женска заглавка за OLED и OLED може лесно да бъде изключен и премахнат за използване в други проекти.

Бележки за скици:

- Свържете проводник от клемния блок (свързан към пин 2, TX) към пин 1 (сериен RX) на Ball Balancer Arduino. Свържете проводник между клемния блок (земята) към масата на Ball Balancer Arduino.

- Задръжте бутона, регулирайте копчетата, за да регулирате PID настройките, освободете бутона, за да изпратите стойностите към Ball Balancer.

Стъпка 6: Използване на Ball Balancer и PID Fiddler

Остава само да започнете да играете с него!

- Поставете топката върху релсата.

- Задръжте бутона на PID скрипача, задайте P, I и D на нула, ST на 200 за стартиране.

- Сервото ще спре да реагира.

- Сега започнете да експериментирате с различни стойности P, I и D, за да видите как това влияе на реакцията и движението на топката.

- Опитайте да промените стойностите за Sample Time (ST). Времето за извадка е времето в милисекунди, което се събира. Стойностите се осредняват за времето на извадката. Изходът на сензора на неподвижна цел ще варира с малка сума. Ако времето за проба е твърде малко, изходът на PID ще "трепне". PID се опитва да коригира шума в показанията на сензора. Използването на по -дълго време на извадката ще изглади шума, но изходът на PID ще стане рязък.

Стъпка 7:

Не се използва