Ball Balancer i PID Fiddler: 7 kroków (ze zdjęciami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Ten projekt jest przeznaczony dla osób, które mają doświadczenie w korzystaniu z Arduino. Pomocna będzie wcześniejsza znajomość obsługi serw, wyświetlaczy OLED, garnków, przycisków, lutowania. Ten projekt wykorzystuje części drukowane w 3D.

Ball Balancer to stanowisko testowe PID do eksperymentowania ze strojeniem PID. PID Fiddler to pilot do regulacji strojenia PID.

PID jest używany, gdy potrzebujesz większej kontroli ruchu. Dobrym przykładem jest robot balansujący. Robot musi dokonać niewielkich korekt, aby utrzymać równowagę i szybko reagować, aby złapać się, jeśli napotka uderzenie lub pchnięcie. PID można wykorzystać do dostrojenia reakcji silników kół w celu utrzymania równowagi.

PID wymaga sprzężenia zwrotnego z czujnika. Robot wyważający wykorzystuje żyroskopy i akcelerometry do pomiaru bezwzględnego kąta robota. Wyjście czujnika jest wykorzystywane przez PID do sterowania silnikami w celu utrzymania równowagi.

Dlaczego więc zrobiłem nudny balanser? Jasne, że jest fajnie, ale roboty równoważące przewracają się, gdy nie są prawidłowo dostrojone. Roboty wyważające nie są najlepszym urządzeniem do eksperymentowania ze strojeniem PID. Balanser kulowy jest znacznie bardziej stabilny i jest dobrym narzędziem wizualnym, aby zobaczyć efekty strojenia PID. Wiedza zdobyta podczas strojenia balansera może być wykorzystana do strojenia robota balansującego.

Ball Balancer to szyna na punkcie obrotu. Na szynie znajduje się kula, która porusza się tam iz powrotem po szynie, gdy szyna jest przechylona. Szyna zakończona jest serwomechanizmem. Na końcu szyny znajduje się czujnik, który mierzy odległość kuli od czujnika. Sygnał wejściowy do PID to odległość kuli od czujnika, a wyjściem PID jest serwo, które przechyla szynę i porusza piłkę.

Korzystam z biblioteki Arduino PID. https://plac zabaw.arduino.cc/Code/PIDLibrary

PID Fiddler jest tym, czego używam do dostrajania wartości PID. Nie potrzebujesz, ale to pomaga. Skrzypek PID jest oddalony od wyważarki kulowej, łączy się tylko dwoma przewodami i można go podłączać i odłączać, gdy wyważarka jest uruchomiona. Po znalezieniu najlepszych wartości można je na stałe zakodować w szkicu projektu.

Dodatkowy wysiłek związany z wykonaniem PID Fiddler opłaca się w czasie potrzebnym do wprowadzenia zmian strojenia w PID. Możesz szybko zobaczyć wyniki swoich zmian. I może być ponownie wykorzystany w przyszłych projektach wykorzystujących PID. Nie wspominając o tym, że fajnie się go buduje i wygląda fajnie!

Krok 1: Balanser kulowy - części

Części drukowane 3D można znaleźć tutaj:

(Instrukcja montażu znajduje się w instrukcjach po drukowaniu w linku powyżej)

Kątownik aluminiowy 1 - 1" x 1/8", przycięty do długości 500 mm.

1 - Adafruit VL53L0X Czujnik czasu lotu:

1 - Hobby Servo z klaksonem

1 - Sztywny drut do łączenia (około 7mm)

- Różne Śruby mocujące

1- Arduino Uno

2 - diody LED (czerwona, zielona)

Rezystory 3 - 330 Ohm

- Różne Przewody połączeniowe i płytka do krojenia chleba

- Płaska czarna farba w sprayu

1 - Biała piłka do ping-ponga

Krok 2: Balanser kulowy - montaż

Instrukcja montażu balansera kulowego znajduje się tutaj:

Kilka dodatkowych wskazówek:

Spryskaj wnętrze szyny płaską czarną farbą, aby zmniejszyć błąd czujnika.

Połączenie (pokazane na powyższym obrazku):

- Użyj sztywnego drutu o długości około 7 mm do połączenia między klaksonem serwomechanizmu a wspornikiem czujnika.

- Wypoziomuj szynę, ustaw klakson poziomo w połowie ruchu serwa (wartość serwa 90).

- Zagnij małą pętlę na górze drutu i zagięcie w kształcie litery Z na dole drutu.

- Włożyć koniec z do klaksonu kontrolnego, zaznaczyć punkt w środku pętli na wsporniku czujnika.

- Wywierć mały otwór i za pomocą małej śruby przymocuj przewód do wspornika czujnika.

Krok 3: Okablowanie balansera kulowego i szkic Arduino

Zobacz rysunek powyżej, aby uzyskać informacje o okablowaniu.

Użyj osobnego zasilacza dla serwomechanizmu. Może to być zasilacz laboratoryjny lub akumulator. Używam zasilacza stołowego ustawionego na 5V.

PID Fiddler zostanie podłączony za pomocą dwóch przewodów, jednego do Pin 1 (Serial RX), a drugiego do uziemienia.

Dostarczono szkic.

Uwagi dotyczące szkicu: Wartość zadana zmienia się z 200 mm na 300 mm co 15 sekund. Pomocne jest użycie monitora szeregowego na Arduino IDE, aby zobaczyć wyjście czujnika.

Krok 4: PID Fiddler 2 - Części

Tarcza i pokrętła wydrukowane w 3D można znaleźć tutaj:

4 - 10 garnków Kohm

1- Chwilowe przyciski kontaktowe:

1- Adafruit Monochromatyczny wyświetlacz graficzny OLED 128x32 I2C:

1- Arduino Uno

- różne ping nagłówka (0,1 cala), listwy zaciskowe, przewód podłączeniowy

Krok 5: Pid Fiddler 2 - okablowanie, montaż i szkic Arduino

Do okablowania ekranu użyj schematu okablowania.

Wskazówki montażowe:

- Aby uzyskać wskazówki dotyczące tworzenia niestandardowych płytek drukowanych, zobacz moje instrukcje:

- Nagłówki Super Glue na tarczy drukowanej 3D.

- Używam drutu do owijania drutu.

- Użyj garnków o kwadratowym dnie i odetnij zaczepy mocujące, przyklej je na gorąco.

- Komponenty są lutowane. Użyj żeńskiego nagłówka dla OLED, a OLED można łatwo odłączyć i wyjąć w celu użycia w innych projektach.

Notatki szkicu:

- Podłącz przewód z listwy zaciskowej (podłączony do styku 2, TX) do styku 1 (szeregowy RX) Arduino Ball Balancer. Podłącz przewód między listwą zaciskową (masą) a masą Arduino Ball Balancer.

- Przytrzymaj przycisk, wyreguluj pokrętła, aby dostosować ustawienia PID, zwolnij przycisk, aby przesłać wartości do balansera kul.

Krok 6: Korzystanie z balansera kulowego i skrzypka PID

Pozostało już tylko zacząć się nim bawić!

- Umieść piłkę na szynie.

- Przytrzymaj przycisk na skrzypku PID, ustaw P, I i D na zero, ST na 200, aby rozpocząć.

- Serwo przestanie odpowiadać.

- Teraz zacznij eksperymentować z różnymi wartościami P, I i D, aby zobaczyć, jak wpływa to na reakcję i ruch piłki.

- Spróbuj zmienić wartości czasu próbkowania (ST). Czas próbkowania to czas w milisekundach zebrania danych wejściowych. Wartości są uśredniane w czasie próbkowania. Sygnał wyjściowy czujnika nieruchomego celu będzie się nieznacznie różnić. Jeśli czas próbkowania jest zbyt mały, wyjście PID będzie „jitter”. PID próbuje skorygować szum w odczytach czujnika. Używanie dłuższych czasów próbkowania wygładzi szum, ale wyjście PID będzie szarpane.

Krok 7:

Nieużywany