Ball Balancer și PID Fiddler: 7 pași (cu imagini)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2025-01-23 15:04

Acest proiect este prezentat pentru persoanele care au experiență în utilizarea unui Arduino. Cunoașterea prealabilă a utilizării servoarelor, afișajelor OLED, ghivece, butoane, lipire, va fi utilă. Acest proiect folosește piese imprimate 3D.

Ball Balancer este o platformă de testare PID pentru experimentarea cu reglarea PID. PID Fiddler este o telecomandă pentru reglarea reglării PID.

Un PID este utilizat atunci când aveți nevoie de un control mai mare al mișcării. Un bun exemplu este un robot de echilibrare. Robotul trebuie să facă mici ajustări pentru a menține echilibrul și un răspuns rapid pentru a se prinde singur dacă întâlnește o lovitură sau o împingere. Un PID poate fi utilizat pentru a regla răspunsul motoarelor roților pentru a menține echilibrul.

Un PID necesită feedback de la un senzor. Un robot de echilibrare utilizează giroscoape și accelerometre pentru a măsura unghiul absolut al robotului. Ieșirea senzorului este utilizată de PID pentru a controla motoarele pentru a menține echilibrul.

Deci, de ce am făcut un balansator de bilă plictisitor? Sigur că e cool, dar roboții de echilibrare se răstoarnă atunci când nu sunt reglați corect. Roboții de echilibrare nu sunt cel mai bun dispozitiv pentru experimentarea cu reglarea PID. Balansatorul de bilă este mult mai stabil și este un instrument vizual bun pentru a vedea efectele reglării PID. Cunoștințele dobândite din reglarea balansierului de bilă pot fi aplicate reglării unui robot de echilibrare.

Ball Balancer este o șină pe un punct de pivotare. Pe șină este o minge care se mișcă înainte și înapoi pe șină atunci când șina este înclinată. Sina este înclinată cu un servo. La capătul șinei este un senzor care măsoară distanța mingii de la senzor. Intrarea în PID este distanța mingii de la senzor, iar ieșirea PID este servo care înclină șina și mișcă mingea.

Folosesc biblioteca Arduino PID.

PID Fiddler este ceea ce folosesc pentru a regla valorile PID. Nu aveți nevoie de unul, dar vă ajută. PID Fiddler este la distanță de Ball Balancer, se conectează cu doar două fire și poate fi conectat și deconectat în timp ce Ball Balancer rulează. Odată ce găsiți cele mai bune valori, valorile pot fi codate în schița proiectului.

Efortul suplimentar de a face PID Fiddler dă roade la timpul necesar pentru a face modificări de reglare la PID. Puteți vedea rapid rezultatele modificărilor dvs. Și poate fi reutilizat în proiecte viitoare care utilizează PID-uri. Ca să nu mai vorbim că e distractiv să construiești și arată grozav!

Pasul 1: Ball Balancer - Piese

Piese tipărite 3D găsite aici:

(Instrucțiunile de asamblare se găsesc în instrucțiunile de post-imprimare din linkul de mai sus)

1 - 1 "x 1/8" unghi de aluminiu, tăiat la 500 mm lungime.

1 - Adafruit VL53L0X Senzor distanță de timp de zbor:

1 - Serviciu Hobby cu claxon de comandă

1 - Sârmă rigidă pentru legătură (aproximativ 7 mm)

- Diverse. Șuruburi de montare

1- Arduino Uno

2 - LED-uri (roșu, verde)

Rezistențe de 3 - 330 Ohm

- Diverse. Sârmă jumper și panou

- Vopsea neagră cu spray plat

1 - Minge albă de Ping Pong

Pasul 2: Balans bal - Asamblare

Instrucțiunile de asamblare pentru Ball Balancer sunt disponibile aici:

Câteva sfaturi suplimentare:

Vopseați pulverizând interiorul șinei plat în negru pentru a reduce erorile de la senzor.

Legătură (ilustrată în imaginea de mai sus):

- Utilizați un fir rigid de aproximativ 7 mm lungime pentru legătura dintre claxonul de comandă servo și consola senzorului.

- Nivelați șina, așezați claxonul de comandă orizontal în punctul mediu al mișcării servo (valoarea servo 90).

- Îndoiți o buclă mică în partea superioară a firului și o îndoire în formă de Z în partea inferioară a firului.

- Puneți capătul z în claxonul de comandă, marcați punctul din centrul buclei de pe suportul senzorului.

- Găuriți o gaură mică și utilizați un șurub mic pentru a atașa firul la suportul senzorului.

Pasul 3: Ball Balancer Wiring & Arduino Sketch

Consultați imaginea de mai sus pentru cabluri.

Folosiți o sursă de alimentare separată pentru servo. Aceasta poate fi o sursă de alimentare pe bancă sau un acumulator. Folosesc o sursă de alimentare la bancă setată la 5V.

PID Fiddler va fi atașat de două fire, unul la Pinul 1 (Serial RX) și unul la masă.

Schița este furnizată.

Note de schiță: valoarea punctului de setare se va schimba de la 200 mm la 300 mm la fiecare 15 secunde. Este util să utilizați Serial Monitor pe Arduino IDE pentru a vedea ieșirea senzorului.

Pasul 4: PID Fiddler 2 - Piese

Scutul și butoanele imprimate 3D sunt găsite aici:

4 - 10 oale Kohm

1- Butoane de contact momentane:

1- Adafruit Monocrom 128x32 I2C Display grafic OLED:

1- Arduino Uno

- misc. ping antet (.1 in), blocuri de borne, cablu de legătură

Pasul 5: Pid Fiddler 2 - Cablare, asamblare și schiță Arduino

Utilizați schema de cablare pentru cablarea scutului.

Sfaturi de asamblare:

- Pentru sfaturi despre realizarea plăcilor de circuite personalizate, consultați instrucțiunile mele:

- Anteturi super lipice pe scutul imprimat 3D.

- Folosesc sârmă de înfășurat.

- Utilizați oale cu fund pătrat și tăiați filele de montare, lipiți-le la cald.

- Componentele sunt lipite. Utilizați antet feminin pentru OLED, iar OLED poate fi ușor deconectat și îndepărtat pentru utilizare în alte proiecte.

Note de schiță:

- Conectați un fir de la blocul de borne (cablat la pinul 2, TX) la pinul 1 (serial RX) al Ball Balancer Arduino. Conectați un fir între blocul de borne (masă) la solul Ball Balancer Arduino.

- Țineți apăsat butonul, reglați butoanele pentru a regla setările PID, eliberați butonul pentru a trimite valorile Ball Balancer.

Pasul 6: Utilizarea Ball Balancer și PID Fiddler

Singurul lucru rămas este să începi să te joci cu el!

- Așezați mingea pe șină.

- Țineți apăsat butonul de pe PID Fiddler, setați P, I și D la zero, ST la 200 pentru a porni.

- Servoul nu va mai răspunde.

- Acum începeți experimentarea cu diferite valori P, I și D pentru a vedea cum afectează răspunsul și mișcarea mingii.

- Încercați să modificați valorile pentru Sample Time (ST). Timpul de eșantionare este timpul în milisecunde de colectare a intrării. Valorile sunt calculate în medie pe durata eșantionului. Ieșirea senzorului unei ținte statice va varia cu o cantitate mică. Dacă timpul de eșantionare este prea mic, ieșirea PID va "jitter". PID încearcă să corecteze zgomotul din citirile senzorului. Utilizarea Sample Times mai lungi va atenua zgomotul, dar ieșirea PID va deveni sacadată.

Pasul 7:

Nefolosit