Ball Balancer og PID Fiddler: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Dette projekt præsenteres for folk, der har erfaring med at bruge en Arduino. Forhåndskendskab til brug af servoer, OLED -displays, gryder, knapper, lodning vil være nyttigt. Dette projekt bruger 3D -trykte dele.

Ball Balancer er en PID -testrig til at eksperimentere med PID -tuning. PID Fiddler er en fjernbetjening til justering af PID -tuning.

Et PID bruges, når du har brug for mere kontrol over bevægelsen. Et godt eksempel er en afbalanceringsrobot. Robotten skal foretage små justeringer for at bevare balancen og hurtig reaktion for at fange sig selv, hvis den støder på et stød eller skub. Et PID kan bruges til at justere hjulmotorernes reaktion for at opretholde balancen.

Et PID kræver feedback fra en sensor. En afbalanceringsrobot bruger gyroer og accelerometre til at måle robotens absolutte vinkel. Sensorens output bruges af PID til at styre motorerne for at opretholde balancen.

Så hvorfor lavede jeg en kedelig boldbalancer? Nok er det fedt, men balanceringsrobotter vælter, når de ikke er indstillet korrekt. Balanceringsrobotter er ikke den bedste enhed til at eksperimentere med PID -tuning. Boldbalanceren er meget mere stabil og er et godt visuelt værktøj til at se virkningerne af PID -tuning. Den viden, der opnås ved at indstille kuglebalanceren, kan anvendes til at stemme en balanceringsrobot.

Ball Balancer er en skinne på et drejepunkt. På skinnen er en kugle, der bevæger sig frem og tilbage på skinnen, når skinnen tippes. Skinnen er tippet med en servo. For enden af skinnen er en sensor, der måler afstanden mellem bolden og sensoren. Input til PID er kuglens afstand fra sensoren, og output fra PID er servoen, der vipper skinnen og bevæger bolden.

Jeg bruger Arduino PID -biblioteket.

PID Fiddler er det, jeg bruger til at justere PID -værdierne. Du behøver ikke en, men det hjælper. PID Fiddler er fjernt fra Ball Balancer, den forbindes med kun to ledninger, og den kan tilsluttes og afbrydes, mens Ball Balancer kører. Når du har fundet de bedste værdier, kan værdierne være hårdt kodet i din projektskitse.

Den ekstra indsats for at få PID Fiddler til at betale sig i tide, det tager at foretage tuning ændringer til PID. Du kan hurtigt se resultaterne af dine ændringer. Og det kan genbruges på fremtidige projekter, der bruger PID'er. For ikke at nævne det er sjovt at bygge, og ser cool ud!

Trin 1: Ball Balancer - Dele

3D -printede dele findes her:

(Monteringsvejledning findes i instruktionerne efter udskrivning i ovenstående link)

1 - 1 "x 1/8" aluminiumsvinkel, skåret til 500 mm længde.

1 - Adafruit VL53L0X Time of Flight Distance Sensor:

1 - Hobby Servo med kontrolhorn

1 - Stiv ledning til sammenkobling (ca. 7 mm)

- Diverse. Monteringsskruer

1- Arduino Uno

2 - LED'er (rød, grøn)

3 - 330 Ohm modstande

- Diverse. Jumper ledninger og brødbræt

- Flad sort spraymaling

1 - Hvid bordtennisbold

Trin 2: Ball Balancer - Montering

Monteringsvejledning til Ball Balancer findes her:

Nogle ekstra tips:

Spraymal indersiden af skinnen flad sort for at reducere fejl fra sensoren.

Kobling (vist på billedet ovenfor):

- Brug en stiv ledning på cirka 7 mm i længden til forbindelse mellem servostyringshornet og sensorbeslaget.

- Juster skinnen, placer kontrolhornet vandret i midten af servobevægelsen (servoværdi 90).

- Bøj en lille sløjfe i toppen af tråden, og en z -formet bøjning i bunden af tråden.

- Sæt z -enden ind i kontrolhornet, markér punktet i midten af sløjfen på sensorbeslaget.

- Bor et lille hul, og brug en lille skrue til at fastgøre ledningen til sensorbeslaget.

Trin 3: Ball Balancer Wiring & Arduino Sketch

Se billedet ovenfor for ledninger.

Brug en separat strømforsyning til servoen. Dette kan være en bænkstrømforsyning eller batteripakke. Jeg bruger en bænk strømforsyning sat til 5V.

PID Fiddler vil blive fastgjort med to ledninger, en til Pin 1 (Serial RX) og en til jorden.

Skitsen er givet.

Skitsenotater: Indstillingsværdien ændres fra 200 mm til 300 mm hvert 15. sekund. Det er nyttigt at bruge den serielle skærm på Arduino IDE til at se sensorens output.

Trin 4: PID Fiddler 2 - Dele

3D -printet skjold og knapper findes her:

4 - 10 Kohm gryder

1- Midlertidige kontaktknapper:

1- Adafruit Monokrom 128x32 I2C OLED grafisk skærm:

1- Arduino Uno

- diverse. header ping (.1 in), klemmer, tilslutningskablet

Trin 5: Pid Fiddler 2 - Ledninger, samling og Arduino -skitse

Brug ledningsdiagram til ledningsføring af skærmen.

Monteringstip:

-For tips om at lave brugerdefinerede kredsløb, se min instruktive:

- Super limhoveder på det 3D -trykte skjold.

- Jeg bruger trådtråd.

- Brug gryder med firkantet bund og afskær monteringsfaner, varmlim dem på plads.

- Komponenter er loddet. Brug en kvindelig header til OLED'en, og OLED'en kan let kobles fra og fjernes til brug i andre projekter.

Skitsenotater:

- Tilslut en ledning fra klemrækken (kablet til pin 2, TX) til pin 1 (seriel RX) på Ball Balancer Arduino. Tilslut en ledning mellem klemrækken (jord) til jorden på Ball Balancer Arduino.

- Hold knappen nede, juster knapperne for at justere PID -indstillinger, slip knappen for at sende værdierne til Ball Balancer.

Trin 6: Brug af Ball Balancer og PID Fiddler

Det eneste, der er tilbage, er at begynde at lege med det!

- Læg bolden på skinnen.

- Hold knappen nede på PID Fiddler, sæt P, I og D til nul, ST til 200 for at starte.

- Servoen stopper med at reagere.

- Begynd nu at eksperimentere med forskellige P-, I- og D -værdier for at se, hvordan det påvirker boldens respons og bevægelse.

- Prøv at ændre værdier for Sample Time (ST). Prøvetiden er den tid i millisekunder, input er indsamlet. Værdierne beregnes i gennemsnit over prøvetiden. Sensoroutput for et stillmål vil variere med en lille mængde. Hvis prøvetiden er for lille, vil PID'ens output "jittere". PID forsøger at korrigere for støj i sensoraflæsninger. Brug af længere prøvetider vil udjævne støjen, men output fra PID'en bliver rykkende.

Trin 7:

Anvendes ikke