Self Balancing Robot - PID Control Algorithm: 3 Steps

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Այս նախագիծը ստեղծվել է, քանի որ ինձ հետաքրքրում էր ավելի շատ ծանոթանալ Control Algorithms- ին և ինչպես արդյունավետորեն կիրառել PID օղակները: Նախագիծը դեռ մշակման փուլում է, քանի որ դեռ պետք է ավելացվի Bluetooth մոդուլ, որը թույլ կտա վերահսկել ռոբոտը Bluetooth- ով աշխատող սմարթֆոնից:

Օգտագործված N20 DC շարժիչները համեմատաբար էժան էին, և, հետևաբար, դրանցում զգալի խաղ է ցուցադրվում: Սա հանգեցնում է մի փոքր ցնցման, քանի որ շարժիչները հաղթահարում են «թուլությունը», քանի որ այն ոլորող մոմենտ է կիրառում անիվների վրա: Հետևաբար, անհնար է հասնել կատարյալ հարթ շարժման: Իմ գրած կոդը ողջամտորեն պարզ է, բայց արդյունավետորեն ցուցադրում է PID ալգորիթմի հնարավորությունները:

Նախագծի ամփոփում

Ռոբոտի շասսին 3D տպագրությամբ օգտագործվում է Ender 3 տպիչով և նախատեսված է իրար սեղմելու համար:

Ռոբոտը կառավարվում է Arduino Uno- ի կողմից, որը վերցնում է սենսորային տվյալները MPU6050- ից և վերահսկում է DC շարժիչները արտաքին շարժիչի միջոցով: Այն աշխատում է 7.4V, 1500mAh մարտկոցով: Շարժիչի վարորդը դա կարգավորում է 5 Վ -ի ՝ Arduino- ն սնուցելու համար և 7.4 Վ է մատակարարում շարժիչներին:

Theրագիրը զրոյից գրվել է gitHub- ի «Arduino-KalmanFilter-master» և «Arduino-MPU6050-master» գրադարանների օգնությամբ:

Պարագաներ:

• 3D տպագիր մասեր
• Arduino UNO
• MPU6050 6 առանցքի ցուցիչ
• D. C շարժիչ
• N20 DC շարժիչներ (x2)
• 9 Վ մարտկոց

Քայլ 1: Ռոբոտների կառուցում

Տպել և հավաքել

Ամբողջ կառուցվածքը պետք է սեղմված լինի, բայց ես սոսնձման սոսինձ եմ օգտագործել ՝ բաղադրիչներն ապահովելու համար, որպեսզի ռոբոտը հավասարակշռելիս ամբողջովին կոշտ լինի:

Ես նախագծել եմ Fusion 360- ի մասերը և օպտիմալացրել եմ յուրաքանչյուր մասի `առանց հենարանների տպագրության, որպեսզի թույլ տամ ավելի ամուր հանդուրժողականություն և մակերևույթի ավելի մաքուր ավարտ:

Ender 3 տպիչի վրա օգտագործված պարամետրերն էին `0.16 մմ շերտի բարձրություն @ 40% լցնում բոլոր մասերի համար:

Քայլ 2. 3D տպման ռոբոտ

Շասսի (x1)

Ձախ անիվ (x2)

Ձախ շարժիչային բնակարան (x2)

Arduino պատյան (x1)

Քայլ 3. PID վերահսկման ալգորիթմ

Ես զրոյից գրել եմ PID վերահսկման ալգորիթմ ՝ օգտագործելով gitHub- ի «Arduino-KalmanFilter-master» և «Arduino-MPU6050-master» գրադարանները:

Ալգորիթմի նախադրյալը հետևյալն է.

• Կարդացեք MPU6050- ի հում տվյալները
• Օգտագործեք Kalman զտիչը ՝ վերլուծելու ինչպես գիրոսկոպի, այնպես էլ արագացուցիչի տվյալները ՝ սենսորի արագացման պատճառով գիրոսկոպի ընթերցումների անճշտությունները վերացնելու համար: Սա վերադարձնում է համեմատաբար հարթեցված արժեքը սենսորի աստիճանի աստիճանների վրա `երկու տասնորդական նիշ:
• Հաշվիր E rror- ը անկյան մեջ, այսինքն. Սենսորի և սահմանման կետի միջև ընկած անկյունը:
• Հաշվիր համաչափ սխալը որպես (Համաչափության հաստատուն x սխալ):
• Հաշվիր ինտեգրալ սխալը որպես (Ինտեգրման հաստատուն x սխալ) վազող գումար:
• Հաշվիր ածանցյալ սխալը որպես հաստատուն [տարբերակման հաստատուն] x (սխալի փոփոխություն / ժամանակի փոփոխություն]
• Գումարեք բոլոր սխալները `շարժիչներին ուղարկվող արագությունը տալու համար:
• Սխալների անկյունի նշանի հիման վրա հաշվարկեք, թե որ ուղղությամբ շարժել շարժիչները:
• Օղակը գործելու է անորոշ ժամանակով և հիմնվելու է ելքի վրա, քանի որ մուտքը տատանվում է: Դա հետադարձ կապ է, որն օգտագործում է ելքային արժեքները որպես հաջորդ մուտքի նոր մուտքային արժեքներ:

Վերջնական քայլը PID հանգույցի Kp, Ki & Kd պարամետրերի կարգավորումն է:

1. Լավ ելակետ է դանդաղ բարձրացնել Kp- ն, մինչև ռոբոտը տատանվի հավասարակշռության կետի շուրջը և կարողանա ընկնել:
2. Հաջորդը, սկսեք Kd- ն Kp- ի արժեքից մոտ 1% -ով և դանդաղ ավելացեք, մինչև տատանումներն անհետանան, և ռոբոտը սահուն սահում է սղվելիս:
3. Ի վերջո, Ki- ով սկսեք Kp- ի մոտ 20% -ը և տարբերվեք մինչև ռոբոտը «գերազանցի» սահմանված կետը `ակտիվորեն ընկնելու և ուղղահայաց վերադառնալու համար: