PID -beheerde balbalanserings Stewart -platform: 6 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Motivering en algemene konsep:

As 'n fisikus in opleiding, is ek natuurlik aangetrokke tot en probeer ek om fisiese stelsels te verstaan. Ek is opgelei om komplekse probleme op te los deur dit in hul mees basiese en noodsaaklike bestanddele op te deel en dan die probleem van daar af op te bou. Alhoewel ek meganika en elektromagnetisme uit die eerste beginsels geleer het, moes ek dit nog nie in 'n fisiese toepassing gebruik nie. Ek kry uiteindelik hierdie geleentheid deur 'n robot te skep wat die teorie van outomatiese kontroles gebruik om 'n bal outonoom op 'n plat, volledig beheerde platform outomaties te balanseer!

In hierdie handleiding; wat bedoel is vir die tegnies vaardige hacker, programmeerder of ingenieur, gebruik ons 'n Arduino Uno as ons mikrobeheerderplatform. Die geslote terugvoerlus begin eers wanneer dit die posisie van 'n soliede metaalkogellager wat op 'n plat weerstandskerm lê, voel, wat die balle se onmiddellike posisie terugvoer. Hierdie posisie word dan ingevoer in 'n proporsioneel-integraal-afgeleide (PID) kontroleerder, wat ons in die Arduino Uno geprogrammeer het. Ek het hierdie kode open source gemaak en in die projek gekoppel. Die beheerder moet die bal terugbring na 'n posisie wat die gebruiker op die tafel gekies het, selfs al is dit beduidend versteur. Die strukturele ondersteuningsplatform wat ons gaan gebruik, staan bekend as '' Stewart -platform ', en word ondersteun deur ses onafhanklike verbindingsstawe wat deur servomotore aangedryf word en tot ses grade vryheid bied; X-, Y- en Z -vertalings, rol, toonhoogte en gaai (rotasies onderskeidelik oor die X-, Y- en Z -as). Die konstruksie en programmering van so 'n hoogs mobiele platform bied sy eie uitdagings, so vir hierdie projek sal ons slegs die vryheidsgraad gebruik en die ander as opsionele opgradering van funksionaliteit laat, as die gebruiker dit wil. Saam met die platform wat die bal na enige van 'n stel statiese gebruikersgedefinieerde posisies verplaas, sal gevorderde programmeerders dit maklik vind om die program te verbeter en 'n bietjie panache by te voeg deur ons statiese, gebruikersgedefinieerde posisie te vervang deur 'n semi-deurlopende spoor van 'n gebruiker 'n gedefinieerde pad, soos 'n figuur agt, 'n sirkelvormige baan, u naam in kursief, of my gunsteling 'n lewendige stroom van iemand se stylus of vinger op hul eie mobiele toestel! Gelukkige inbraak!

Stap 1: Kry materiaal

Benodigde materiaal:

1. 'n Paar velle 1/4 "en 1/8" akriel

2. 6 - Servomotors (ons het HS5485HB servo's gebruik)

3. 6 - Skroefdraad (verstelbaar) verbindingsstawe

4. 6 - CNC -bewerkte servo -arm's met verskeie gate vir verstelbaarheid

5. 12 - Heim Joint Rod Ends

6. 6 - Stawe (verstelbaar)

7. 1- 17”USB-kit met vyf draadweerstandige aanraakskermpanele (voelposisie van kogellager)

Stap 2: Berei materiaal voor

Die beste manier om die akriel snit te kry, is deur 'n laserkamera te gebruik. Toegang tot die een kan moeilik wees, sodat die akriel ook maklik gesny kan word met die snywerktuie wat u ken, behoorlik opgelei is en veilig kan werk. As ek dit byvoorbeeld tuis sou doen, sou ek 'n handsaag gebruik. Die algehele vorm van die Stewart -platform hoef nie presies te pas by die model wat ek gebou het nie. Ek wil egter 'n paar vereenvoudigende geleenthede wys. Eerstens is dit baie makliker om die toonhoogte en rolvryheidsgrade in kaart te bring deur drie basis te gebruik, in plaas van die standaard twee. dit word gedoen deur die koppeling van die verbindingsstawe aan die werklike platform 'n gelyksydige driehoek te maak. Hiermee kan u alle komplikasies van die vind van die toonhoogte en rolvryheidsgrade (DOF) van die begin af verwaarloos, in plaas daarvan gebruik ons 3 nie-lineêr onafhanklike 'basis' wat bloot die kaart is van die hoek van die driehoek wat opkom. Dit sou vir u of ek 'n uitdaging wees om koördinate op hierdie basis uit te skryf, maar die interafhanklikheid van hierdie basis word maklik deur die kode hanteer. Hierdie vereenvoudigende aanname is die sleutel tot die verwaarlosing van al die verwikkeldhede van die meetkunde. Sien die prentjie MS Paint -grafika en witbordprentjie vir meer inligting.

Sodra die stukke gesny is, moet u al die gate uitboor, waarheen u verbindingsstawe en kogelgewrigte aansluit. Pas die gatgrootte by die regte hardeware wat u gebruik. Dit is noodsaaklik om die gekose bevestigingsmiddels te laat werk. Die gatgroottes is gebaseer op die grootte kraan wat u benodig vir u bevestiging. Om dit te doen, vind 'n aanlyn verwysing vir die spesifieke kraangrootte, toonhoogte en draadtipe (fyn vs natuurlik). Ek beveel kursusdrade vir akriel aan, maar as u fyn draad moet gebruik, behoort dit uit te werk, want dit is wat ons in elk geval gebruik het. Nou is dit tyd om oor te gaan na die vergadering.

Stap 3: Monteer materiaal

Monteer die materiaal versigtig volgens spesifikasies. Wees veral versigtig om geen skroewe te stroop nie. Sodra dit klaar is, moet u die hardeware verander deur groter gate te maak, groter gate te boor en daaraan te tik, of u moet 'n nuwe stuk akriel sny. Let daarop dat u ook versigtig moet wees met die aanraakweerstandige skerm. Dit is broos !!! Dit is tog 'n dun lagie glas. Let daarop dat ons self 'n ongeluk gehad het.

Stap 4: Programmering

Die programmering kan 'n rukkie neem. Dit is waar u programmeringsvaardighede werklik vrugte kan afwerp. U hoef die kode nie van nuuts af te kan skryf nie, maar as u 'n goed -gekodeerde en georganiseerde bronkode kan vind om aan te pas, maak dit die lewe soveel makliker. Hier is die skakel na ons bronkode: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, help uself! Dit is beslis nie geoptimaliseer nie, maar het die werk gedoen! Onthou dat ons drie afsonderlike nie-ortogaanse, nie-lineêr onafhanklike basis vir die kontrolekaart gebruik. Ons lees eenvoudig alles in x, y en karteer na A, B en C. Hierdie reaksie word dan wêreldwyd ingestel om aan te pas hoeveel meer of minder ons wil hê dat die stelsel moet reageer.

Stap 5: Toets

Hier toets ons die grade van vryheid. Let nou op hoe ons drie basis vrugte afwerp! Byvoorbeeld, om die rol DOF te kry, gaan ons eenvoudig een eenheid aan die linkerkant af, terwyl ons een eenheid aan die regterkant styg, en omgekeerd vir die ander rigting. Dit is ook belangrik om die geluid van u aanraakskerm goed te filter. Dit is noodsaaklik om goeie data te hê om in u PID in te voer.

Stap 6: Pas en geniet

Die toetsfase was eintlik net om die goggas uit die weg te ruim. Hier fokus ons op die fyn afstelling van die beheerstelsel. dit word die beste gedoen met 'n vooraf ingestelde algoritme. My gunsteling is om dit te benader soos 'n kritieke dempingsprobleem, Ahem! Ek is 'n fisikus! U skakel dus die dempende term af! Dit wil sê die afgeleide term, wat soos 'n sleepterm optree. Nou sal die bal wild ossilleer! Die doel is egter om die ossillasies so na as moontlik aan harmonies te laat wees, nie so goed as moontlik te groei of te verval nie. Sodra dit klaar is, skakel u die afgeleide term aan en pas dit aan totdat dit so vinnig as moontlik weer in ewewig kom. Dit is wanneer kritieke demping bereik word. As dit egter nie werk nie, is daar baie ander beproefde afstemskemas vir PID -beheerde stelsels. Ek het dit op wikipedia onder PID -beheerder gevind. Baie dankie dat u na my projek gekyk het, en kontak my gerus met enige vrae. Ek beantwoord graag u vrae. Spesiale opmerking: ek wil u daarop wys dat hierdie projek van begin tot einde deur die Miracle Max Guerrro en ek binne net minder as vier weke gedoen is, insluitend twee weke wag vir 'n nuwe skerm wat in die doeane vas was, na ons eerste een gebreek het. Verskoon asseblief dat dit verre van perfekte prestasie is. Gelukkige inbraak!