Ball Balancer i PID Fiddler: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Aquest projecte es presenta per a persones que tenen experiència amb l’ús d’un Arduino. Els coneixements previs sobre l’ús de servos, pantalles OLED, olles, botons, soldadura seran útils. Aquest projecte utilitza peces impreses en 3D.

Ball Balancer és un equip de proves PID per experimentar amb sintonització PID. PID Fiddler és un comandament a distància per ajustar la sintonització PID.

Un PID s’utilitza quan es necessita més control del moviment. Un bon exemple és un robot d’equilibri. El robot ha de fer petits ajustaments per mantenir l’equilibri i una resposta ràpida per atrapar-se si es troba amb un cop o empenta. Es pot utilitzar un PID per sintonitzar la resposta dels motors de les rodes per mantenir l’equilibri.

Un PID requereix informació d'un sensor. Un robot d’equilibri utilitza giroscopis i acceleròmetres per mesurar l’angle absolut del robot. El PID utilitza la sortida del sensor per controlar els motors per mantenir l’equilibri.

Llavors, per què vaig fer un equilibrador de pilota avorrit? Segur que és genial, però els robots d’equilibri es bolquen quan no s’ajusten correctament. Els robots d’equilibri no són el millor dispositiu per experimentar amb la sintonització PID. L’equilibrador de boles és molt més estable i és una bona eina visual per veure els efectes de l’ajustament PID. El coneixement obtingut a l’hora d’ajustar l’equilibrador de boles es pot aplicar a l’ajust d’un robot d’equilibri.

El Ball Balancer és un carril en un punt de pivot. Al carril hi ha una bola que es mou cap endavant i enrere sobre el carril quan el carril està inclinat. El rail es decanta amb un servo. A l'extrem del carril hi ha un sensor que mesura la distància de la pilota del sensor. L’entrada al PID és la distància de la bola del sensor i la sortida del PID és el servo que fa inclinar el carril i mou la pilota.

Estic fent servir la biblioteca Arduino PID.

El PID Fiddler és el que faig servir per sintonitzar els valors PID. No en necessiteu, però us ajuda. El PID Fiddler està allunyat del Ball Balancer, es connecta amb només dos cables i es pot connectar i desconnectar mentre el Ball Balancer estigui en funcionament. Quan hàgiu trobat els millors valors, es poden codificar durament als esbossos del projecte.

L’esforç addicional de fer que el PID Fiddler doni els seus fruits amb el temps necessari per fer canvis d’ajust al PID. Podeu veure ràpidament els resultats dels vostres canvis. I es pot reutilitzar en futurs projectes que utilitzin PID. Per no mencionar que és divertit de construir i que sembla genial.

Pas 1: Equilibrador de boles: peces

Es poden trobar parts impreses en 3D aquí:

(Les instruccions de muntatge es troben a les instruccions de postimpressió de l’enllaç anterior)

Angle d'alumini d'1 - 1 "x 1/8", tallat a 500 mm de longitud.

1 - Sensor de distància de vol Adafruit VL53L0X:

1 - Servo Hobby amb banya de control

1 - Cable rígid per a unió (aproximadament 7 mm)

- Misc. Cargols de muntatge

1- Arduino Uno

2 - LED (vermell, verd)

Resistències de 3 a 330 Ohm

- Misc. Filferros de pont i taulers de pa

- Pintura en aerosol plana negra

1 - Pilota blanca de Ping Pong

Pas 2: Equilibrador de boles: muntatge

Les instruccions de muntatge del Ball Balancer es troben aquí:

Alguns consells addicionals:

Pintar amb aerosol l'interior del carril de negre pla per reduir l'error del sensor.

Enllaç (es mostra a la imatge superior):

- Utilitzeu un cable rígid d’uns 7 mm de longitud per enllaçar entre la banya de control del servo i el suport del sensor.

- Anivelleu el carril, col·loqueu la banya de control horitzontal al punt mig del moviment del servo (valor del servo 90).

- Doblegueu un petit bucle a la part superior del filferro i un doblegat en forma de z a la part inferior del filferro.

- Introduïu l'extrem z a la banya de control, marqueu el punt al centre del bucle al suport del sensor.

- Practicar un petit forat i fixar el cable al suport del sensor amb un cargol petit.

Pas 3: Ball Balancer Wiring i Arduino Sketch

Consulteu la imatge anterior per conèixer el cablejat.

Utilitzeu una font d'alimentació independent per al servo. Pot ser una font d'alimentació de banc o un paquet de bateries. Estic fent servir una font d'alimentació de banc fixada a 5V.

El PID Fiddler estarà connectat per dos cables, un al pin 1 (Serial RX) i un a terra.

Es proporciona l'esbós.

Notes d'esbós: el valor del punt de configuració canviarà de 200 mm a 300 mm cada 15 segons. És útil utilitzar el monitor de sèrie de l'IDE Arduino per veure la sortida del sensor.

Pas 4: PID Fiddler 2 - Parts

Els escut i els comandaments impresos en 3D es troben aquí:

4 - 10 testos Kohm

1- Botons de contacte momentanis:

1- Pantalla gràfica OLED Adafruit monocroma 128x32 I2C:

1- Arduino Uno

- misc. ping de capçalera (, 1 polzada), blocs de terminals, connexió de filferro

Pas 5: Pid Fiddler 2: cablejat, muntatge i Arduino Sketch

Utilitzeu el diagrama de cablejat per cablejar el blindatge.

Consells de muntatge:

- Per obtenir consells sobre com fer plaques de circuits personalitzades, consulteu la meva informació:

Capçaleres de super cola a l'escut imprès en 3D.

- Faig servir filferro de filferro.

- Utilitzeu olles de fons quadrat i talleu les pestanyes de muntatge, enganxeu-les al seu lloc.

- Els components estan soldats. Utilitzeu la capçalera femenina per a l’OLED i es pot desconnectar i treure fàcilment l’OLED per utilitzar-lo en altres projectes.

Notes d'esbós:

- Connecteu un cable des del bloc de terminals (cablejat al pin 2, TX) al pin 1 (RX sèrie) del Ball Balancer Arduino. Connecteu un cable entre el bloc de terminals (terra) a la terra del Ball Balancer Arduino.

- Mantingueu premut el botó, ajusteu els comandaments per ajustar la configuració PID, deixeu anar el botó per enviar els valors al Ball Balancer.

Pas 6: fer servir Ball Balancer i PID Fiddler

L’únic que queda és començar a jugar amb ell!

- Col·loqueu la pilota al carril.

- Mantingueu premut el botó del PID Fiddler, ajusteu P, I i D a zero, ST a 200 per començar.

- El servo deixarà de respondre.

- Ara comenceu a experimentar amb diferents valors de P, I i D per veure com afecta la resposta i el moviment de la pilota.

- Proveu de canviar els valors de Sample Time (ST). El temps de mostra és el temps en mil·lisegons que es recopila l'entrada. Els valors es fan una mitjana al llarg del temps de mostra. La sortida del sensor d’un objectiu fix variarà en una petita quantitat. Si el temps de mostra és massa petit, la sortida del PID es "fluctuarà". El PID intenta corregir el soroll de les lectures del sensor. L’ús de temps de mostra més llargs suavitzarà el soroll, però la sortida del PID es tornarà sacsejada.

Pas 7:

No utilitzat