PID კონტროლირებადი ბურთის დაბალანსების სტიუარტის პლატფორმა: 6 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

მოტივაცია და საერთო კონცეფცია:

როგორც ფიზიკოსი ტრენინგში, მე ბუნებრივად მიზიდავს და ვცდილობ გავიგო ფიზიკური სისტემები. მე მომზადებული ვარ კომპლექსური პრობლემების გადასაჭრელად, მათი ყველაზე ძირითად და არსებით ინგრედიენტებად დაშლის გზით, შემდეგ კი პრობლემის შემობრუნება იქიდან. მიუხედავად იმისა, რომ მე ვსწავლობ მექანიკას და ელექტრომაგნეტიზმს პირველი პრინციპებიდან, მე ჯერ არ გამომიყენებია ისინი ფიზიკურ გამოყენებაში. მე საბოლოოდ მივიღებ ამ შესაძლებლობას რობოტის შექმნით, რომელიც იყენებს ავტომატური კონტროლის თეორიას, რათა ავტონომიურად დაბალანსდეს ბურთი ბრტყელ, სრულად კონტროლირებად პლატფორმაზე, ეს ყველაფერი თავისთავად!

ამ როგორ-ში; რომელიც განკუთვნილია ტექნიკურად მცოდნე ჰაკერის, პროგრამისტის ან ინჟინრისთვის, ჩვენ გამოვიყენებთ Arduino Uno- ს, როგორც ჩვენს მიკროკონტროლერის პლატფორმას. დახურული უკუკავშირის მარყუჟი იწყება მაშინ, როდესაც ის გრძნობს მყარი მეტალის ბურთის პოზიციას, რომელიც მდებარეობს ბრტყელ შეხებით რეზისტენტულ ეკრანზე, რომელიც კვებავს ბურთებს უშუალო პოზიციას. ეს პოზიცია შემდეგ იკვებება პროპორციულ-ინტეგრალურ-წარმოებული (PID) კონტროლერით, რომელიც ჩვენ დაპროგრამებული გვაქვს Arduino Uno– ში. მე გავაკეთე ეს კოდი ღია წყაროს და დავუკავშირე პროექტს. მაკონტროლებელს ევალება დააბრუნოს ბურთი მაგიდაზე ნებისმიერი მომხმარებლის მიერ არჩეულ პოზიციაზე, მაშინაც კი, როცა მნიშვნელოვნად აწუხებს. სტრუქტურული დამხმარე პლატფორმა, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ, ცნობილია როგორც "სტიუარტის პლატფორმა" და მას მხარს უჭერს ექვსი დამოუკიდებელი შემაერთებელი წვერი, რომლებიც ამოძრავებს სერვო ძრავებს, რაც უზრუნველყოფს ექვს გრადუსამდე თავისუფლებას; X, Y და Z თარგმანები, რულეტი, სიმაღლე და ყბა (ბრუნვები შესაბამისად X, Y და Z ღერძების გარშემო). ასეთი უაღრესად მობილური პლატფორმის აგება და დაპროგრამება წარმოადგენს საკუთარ გამოწვევებს, ამიტომ ამ პროექტისთვის ჩვენ მხოლოდ მოვიხმობთ თავისუფლების ხარისხს და გავუშვებთ სხვა დანარჩენებს, როგორც მომხმარებლის სურვილისამებრ. პლატფორმასთან ერთად, რომელიც გადააქვს ბურთი სტატიკური მომხმარებლის განსაზღვრულ პოზიციებზე, მოწინავე პროგრამისტებს გაუადვილდებათ პროგრამის გაძლიერება და ცოტაოდენი დამატება ჩვენი სტატიკური, მომხმარებლის მიერ განსაზღვრული პოზიციის შეცვლით, მომხმარებლის ნახევრად უწყვეტი კვალით. განსაზღვრული გზა, როგორიცაა ფიგურა რვა, წრიული ტრაექტორია, თქვენი სახელი კურსურში, ან ჩემი ფავორიტი ვიღაცის სტილუსის ან თითის ცოცხალი ნაკადი საკუთარ მობილურ მოწყობილობაზე! ბედნიერი გატეხვა!

ნაბიჯი 1: მიიღეთ მასალები

საჭირო მასალები:

1. 1/4 "და 1/8" აკრილის რამდენიმე ფურცელი

2. 6 - Servo Motors (ჩვენ გამოვიყენეთ HS5485HB Servo's)

3. 6 - ხრახნიანი (რეგულირებადი) დამაკავშირებელი წნელები

4. 6 - CNC დამუშავებული Servo Arm's მრავალჯერადი ხვრელი რეგულირებისთვის

5. 12 - Heim Joint Rod Ends

6. 6 - წნელები (რეგულირებადი)

7. 1- 17”ხუთი მავთულის რეზისტენტული სენსორული პანელის USB ნაკრები (ბურთის ტარების გრძნობა)

ნაბიჯი 2: მოამზადეთ მასალები

აკრილის ჭრის საუკეთესო საშუალებაა ლაზერული კამერის გამოყენება. ერთზე წვდომა შეიძლება იყოს რთული, ასე რომ აკრილის ადვილად მოჭრა შესაძლებელია თქვენთვის ცნობილი ნებისმიერი საჭრელი ინსტრუმენტის გამოყენებით, სათანადოდ გაწვრთნილი და უსაფრთხოდ მუშაობისთვის. მაგალითად, თუ ამას სახლში გავაკეთებდი, გამოვიყენებდი ხელის სამაგრს. სტიუარტის პლატფორმის საერთო ფორმა ზუსტად არ უნდა ემთხვეოდეს ჩემს მიერ აგებულ მოდელს. თუმცა, მე მინდა აღვნიშნო რამდენიმე გამარტივებული შესაძლებლობა. ჯერ ერთი, ბევრად უფრო ადვილია თავისუფლების მოედანზე გამოსახვა სამი საფუძვლის გამოყენებით, სტანდარტული ორი ნაცვლად. ეს კეთდება იმით, რომ დამაკავშირებელი წნელები რეალურ პლატფორმაზე ტოლგვერდა სამკუთხედია. ეს საშუალებას მოგცემთ უგულებელყოთ თავისუფლების საფეხურის (DOF) ნულიდან პოვნის ყველა სირთულე, სამაგიეროდ ჩვენ ვიყენებთ 3 არაწრფივად დამოუკიდებელ "საფუძველს", რომლებიც უბრალოდ სამკუთხედის იმ კუთხის რუქაა. თქვენთვის ან მე რთული იქნებოდა ამ საფუძველზე კოორდინატების დაწერა, მაგრამ ამ ბაზის ურთიერთდამოკიდებულებას ადვილად ვიმუშავებთ კოდი. ეს გამარტივებული ვარაუდი არის გასაღები გეომეტრიის ყველა სირთულის უგულებელყოფისათვის. დეტალებისთვის იხილეთ სურათი MS Paint გრაფიკული და დაფის სურათი.

ნაჭრების გაჭრის შემდეგ, თქვენ დაგჭირდებათ ყველა ხვრელის გაბურღვა, სადაც თქვენი დამაკავშირებელი წნელები და ბურთის სახსრებია დაკავშირებული. ფრთხილად იყავით, რომ ხვრელის ზომა შეუსაბამოთ შესაბამის ტექნიკას, რომელსაც იყენებთ. ეს სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია თქვენი რჩეული საკინძების მუშაობისთვის. ხვრელის ზომები დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა ზომის ონკანი დაგჭირდებათ შესაკრავისთვის. ამისათვის იპოვეთ ონლაინ მითითება ონკანის კონკრეტული ზომის, სიმაღლის და ძაფის ტიპისთვის (ჯარიმა vs კურსი). მე გირჩევთ აკრილის ძაფებს, მაგრამ თუ თქვენ უნდა გამოიყენოთ წვრილი ძაფი, ის უნდა გამოიმუშაოს, რადგან ეს ჩვენ მაინც გამოვიყენეთ. ახლა დროა გადავიდეთ შეკრებაზე.

ნაბიჯი 3: მასალების შეკრება

ფრთხილად შეაგროვეთ მასალები სპეციფიკაციებზე. განსაკუთრებით ფრთხილად იყავით, რომ ხრახნები არ მოხსნათ. ამის დასრულების შემდეგ, თქვენ მოგიწევთ აპარატურის შეცვლა უფრო დიდი ხვრელების გაბურღვით და დაჭერით, ან აკრილის ახალი ნაწილის მოჭრა. გაითვალისწინეთ, რომ ფრთხილად იყავით სენსორული რეზისტენტული ეკრანის მიმართ. მყიფეა !!! ყოველივე ამის შემდეგ, ეს არის მინის თხელი ფენა. გაითვალისწინეთ, რომ ჩვენ თვითონ გვქონდა უბედური შემთხვევა.

ნაბიჯი 4: პროგრამირება

პროგრამირებას შეიძლება გარკვეული დრო დასჭირდეს. ეს არის ის, სადაც თქვენი პროგრამირების უნარი ნამდვილად ანაზღაურდება. თქვენ არ უნდა შეგეძლოთ კოდის დაწერა ნულიდან, მაგრამ თუ თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ კარგად გამოხმაურებული და ორგანიზებული წყაროს კოდი შესაცვლელად, მაშინ ეს ცხოვრებას ბევრად გაადვილებს. აქ არის ჩვენი წყაროს კოდის ბმული: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, დაეხმარეთ საკუთარ თავს! რა თქმა უნდა, ის არ არის ოპტიმიზირებული, მაგრამ სამუშაო დასრულებულია! გახსოვდეთ, რომ ჩვენ ვიყენებთ სამ ცალკეულ არაორთოგონალურ, არაწრფივად დამოუკიდებელ საფუძველს საკონტროლო რუქისთვის. ჩვენ უბრალოდ ვკითხულობთ ყველაფერს x, y და ვხატავთ A, B და C. ეს პასუხი შემდეგ გლობალურად არის მორგებული იმისათვის, რომ შეცვალოს რამდენად მეტ -ნაკლებად გვსურს სისტემის რეაგირება.

ნაბიჯი 5: ტესტირება

აქ ჩვენ ვამოწმებთ თავისუფლების ხარისხს. შენიშნეთ, როგორ იხდის ჩვენი სამი საფუძველი! მაგალითად, როლის DOF– ის მისაღებად, ჩვენ უბრალოდ ჩავდივართ ერთი ერთეულით მარცხნივ, ხოლო ერთზე მაღლა ავდივართ მარჯვნივ და პირიქით სხვა მიმართულებით. ასევე მნიშვნელოვანია, რომ შეასრულოთ საკმარისად კარგი სამუშაო თქვენი სენსორული ეკრანის ხმაურის გაფილტვრა. ეს სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია იმისთვის, რომ გქონდეთ კარგი მონაცემები თქვენი PID– ის შესანახად.

ნაბიჯი 6: დაარეგულირეთ და ისიამოვნეთ

ტესტირების ეტაპი მართლაც მხოლოდ შეცდომების ამოღება იყო. აქ, ჩვენ ყურადღებას გავამახვილებთ კონტროლის სისტემის სრულყოფილ მორგებაზე. ეს საუკეთესოდ კეთდება წინასწარ განსაზღვრული ალგორითმით. ჩემი ფავორიტი არის მივუდგე მას, როგორც კრიტიკული დაქვეითების პრობლემა, აჰემ! მე ფიზიკოსი ვარ! ასე რომ თქვენ გამორთეთ დამამცირებელი ვადა! ანუ წარმოებული ტერმინი, რომელიც მოქმედებს როგორც დრეგ ტერმინი. ახლა ბურთი ველურად იცვლება! თუმცა, მიზანია რხევები რაც შეიძლება ახლოს იყოს ჰარმონიულთან, არ გაიზარდოს ან დაიშალოს, როგორც შეგიძლია. ამის დასრულების შემდეგ, თქვენ ჩართავთ წარმოებულ ტერმინს და მორგდებით მანამ, სანამ ის არ დაუბრუნდება წონასწორობას რაც შეიძლება სწრაფად. ამ დროს მიიღწევა კრიტიკული დაქვეითება. თუმცა, თუ ეს არ მუშაობს, არსებობს მრავალი სხვა კარგად დადასტურებული tuning სქემა PID კონტროლირებადი სისტემებისთვის. ეს ვიკიპედიაზე ვიპოვე, PID კონტროლერის ქვეშ. დიდი მადლობა რომ გადახედე ჩემს პროექტს და გთხოვთ მიაკითხოთ ნებისმიერ შეკითხვას, მოხარული ვიქნები გიპასუხოთ თქვენს ნებისმიერ შეკითხვაზე. განსაკუთრებული შენიშვნა: მინდა აღვნიშნო, რომ ეს პროექტი თავიდან ბოლომდე გაკეთდა Miracle Max Guerrro– ს მიერ და მე სულ რაღაც ოთხ კვირაში, მათ შორის ორი კვირის განმავლობაში ელოდებოდი ახალ ეკრანს, რომელიც ჩერდებოდა საბაჟოში, ჩვენი პირველი პროექტის შემდეგ. გატეხილი. ასე რომ, გთხოვთ, მაპატიოთ, რომ ის შორს არის სრულყოფილი შესრულებისაგან. ბედნიერი გატეხვა!