PID kontrolēta bumbas līdzsvarošanas Stewart platforma: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Motivācija un vispārējā koncepcija:

Kā fiziķis apmācībā es dabiski esmu piesaistīts un cenšos izprast fiziskās sistēmas. Mani ir apmācījuši risināt sarežģītas problēmas, sadalot tās visvienkāršākajās un būtiskākajās sastāvdaļās, pēc tam no jauna veidojot problēmu. Lai gan esmu apguvis mehāniku un elektromagnētismu no pirmajiem principiem, man tas vēl nav jāizmanto kādā fiziskā pielietojumā. Beidzot es iegūšu šo iespēju, izveidojot robotu, kas izmanto automātiskās vadības teoriju, lai autonomi līdzsvarotu bumbu uz līdzenas, pilnībā kontrolētas platformas, viss pats!

Šajā pamācībā; kas ir domāts tehniski gudram hakerim, programmētājam vai inženierim, mēs izmantosim Arduino Uno kā mūsu mikrokontrolleru platformu. Slēgtā atgriezeniskā saite vispirms sākas, kad tā uztver cieta metāla lodīšu gultņa stāvokli, kas atrodas uz plakanas skārienjutīgas pretestības ekrāna, kas atgriežas atpakaļ lodīšu pozīcijā. Pēc tam šī pozīcija tiek ievadīta proporcionāli integrālā atvasinājuma (PID) kontrollerī, kuru mēs esam ieprogrammējuši Arduino Uno. Esmu izveidojis šo kodu atvērtā pirmkoda un saistīts ar projektu. Kontroliera uzdevums ir atjaunot bumbu jebkurā lietotāja izvēlētajā galda vietā, pat ja tas ir būtiski traucēts. Strukturālā atbalsta platforma, kuru mēs izmantosim, ir pazīstama kā “Stjuarta platforma”, un to atbalsta seši neatkarīgi savienojošie stieņi, kurus darbina servomotori, kas nodrošinās līdz sešām brīvības pakāpēm; X, Y un Z tulkojumi, pagrieziens, slīpums un pagriešanās (rotācijas attiecīgi par X, Y un Z asīm). Šādas ļoti mobilas platformas konstruēšana un programmēšana ir savi izaicinājumi, tāpēc šajā projektā mēs izmantosim tikai brīvības pakāpi un ritināšanas brīvību, pārējos atstājot kā papildu funkcionalitātes uzlabojumus, ja lietotājs to vēlas. Līdztekus platformai, kas pārvieto bumbu uz jebkuru statisku lietotāja noteiktu pozīciju kopumu, pieredzējušiem programmētājiem būs viegli uzlabot programmu un pievienot kādu paņēmienu, aizstājot mūsu statisko, lietotāja definēto pozīciju, ar daļēji nepārtrauktu lietotāja izsekošanu. definēts ceļš, piemēram, astotais skaitlis, apļveida trajektorija, jūsu vārds kursīvā vai mana iecienītākā tiešā straume ar kāda cilvēka irbuli vai pirkstu viņa mobilajā ierīcē! Laimīgu hakeru!

1. darbība: iegūstiet materiālus

Nepieciešamie materiāli:

1. Dažas 1/4 "un 1/8" akrila loksnes

2. 6 - Servo motori (mēs izmantojām HS5485HB servo)

3. 6 - Vītņoti (regulējami) savienojošie stieņi

4. 6 - CNC apstrādātas servo sviras ar vairākiem caurumiem regulēšanai

5. 12 - Heima locītavas stieņa gali

6. 6 - stieņi (regulējami)

7. 1–17”piecu vadu pretestības skārienekrāna paneļa USB komplekts (lodīšu gultņa stāvoklis)

2. solis: sagatavojiet materiālus

Labākais veids, kā iegūt akrila griezumu, ir lāzera izciļņa izmantošana. Piekļuve tam var būt sarežģīta, tāpēc akrilu var arī viegli sagriezt, izmantojot visus jums zināmos griezējinstrumentus, pareizi apmācītus un droši darboties. Piemēram, ja es to darītu mājās, es izmantotu rokas zāģi. Stjuarta platformas vispārējai formai nav precīzi jāatbilst manam modelim. Tomēr es vēlos norādīt uz dažām vienkāršošanas iespējām. Pirmkārt, ir daudz vieglāk kartēt slīpuma un rites brīvības pakāpes, izmantojot trīs bāzes, nevis divas standarta. to dara, savienojošo stieņu stiprinājumu pie faktiskās platformas padarot par vienādmalu trīsstūri. Tas ļauj ignorēt visus sarežģījumus, kas rodas, lai no sākuma atrastu piķa un slīpuma brīvības pakāpes (DOF), tā vietā mēs izmantojam 3 nelineāri neatkarīgu "pamatu", kas ir vienkārši šī trijstūra augšējā stūra karte. Jums vai man būtu grūti uzrakstīt koordinātas, pamatojoties uz šo pamatu, taču šo bāzu savstarpējo atkarību var viegli atrisināt ar kodu. Šis vienkāršojošais pieņēmums ir galvenais, lai ignorētu visas ģeometrijas smalkumus. Sīkāku informāciju skatiet MS Paint grafiskajā un tāfeles attēlā.

Kad gabali ir sagriezti, jums jāizurbj visi caurumi, ar kuriem savieno jūsu savienojošie stieņi un lodveida savienojumi. Uzmanieties, lai cauruma izmērs atbilstu izmantotajai aparatūrai. Tas ir svarīgi, lai izvēlētie stiprinājumi darbotos. Caurumu izmēri ir atkarīgi no tā, kāda izmēra krāns būs nepieciešams jūsu stiprinājumam. Lai to izdarītu, atrodiet tiešsaistes atsauci uz konkrēto krāna izmēru, piķi un vītnes veidu (smalks pret kursu). Es iesaku kursa pavedienus akrilam, bet, ja jums jāizmanto smalks pavediens, tam vajadzētu strādāt, jo to mēs izmantojām jebkurā gadījumā. Tagad ir pienācis laiks pāriet uz montāžu.

3. solis: salieciet materiālus

Uzmanīgi salieciet materiālus atbilstoši specifikācijām. Esiet īpaši uzmanīgs, lai neizskrūvētu nevienu skrūvi. Kad tas ir izdarīts, jums būs vai nu jāmaina aparatūra, izmērot un urbjot lielākus caurumus un piesitot tiem, vai arī jāizgriež pilnīgi jauns akrila gabals. Ņemiet vērā arī piesardzību ar skārienjutīgo ekrānu. Tas ir trausls !!! Galu galā tā ir plāna stikla kārta. Ņemiet vērā, ka mēs paši piedzīvojām negadījumu.

4. solis: programmēšana

Programmēšana var aizņemt kādu laiku. Šeit jūsu programmēšanas prasmes patiešām var atmaksāties. Jums nav jāspēj rakstīt kods no nulles, bet, ja jūs varat atrast labi komentētu un sakārtotu avota kodu, lai to mainītu, tas padara dzīvi daudz vieglāku. Šeit ir saite uz mūsu avota kodu: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, palīdziet sev! Tas noteikti nav optimizēts, bet darbu paveica! Atcerieties, ka kontroles kartē mēs izmantojam trīs atsevišķus, ne-ortogāniskus, nelineāri neatkarīgus pamatus. Mēs vienkārši lasām visu x, y un kartējam uz A, B un C. Šī atbilde pēc tam tiek noregulēta globāli, lai pielāgotu, cik daudz vai mazāk mēs vēlamies, lai sistēma reaģētu.

5. darbība: pārbaude

Šeit mēs pārbaudām brīvības pakāpes. Ņemiet vērā, kā mūsu trīs pamats atmaksājas! Piemēram, lai iegūtu DOF rullīti, mēs vienkārši nolaižamies lejup pa vienu vienību pa kreisi, bet uz augšu - par vienu vienību pa labi, un otrādi - otrā virzienā. Ir arī svarīgi, lai būtu paveikts pietiekami labs darbs, filtrējot troksni no skārienekrāna. Tas ir svarīgi, lai būtu labi dati, ko ievadīt PID.

6. solis: precīzi noregulējiet un izbaudiet

Pārbaudes posms patiešām bija tikai, lai atbrīvotos no kļūdām. Šeit mēs koncentrējamies uz vadības sistēmas precizēšanu. to vislabāk var izdarīt ar iepriekš iestatītu algoritmu. Mans mīļākais ir pieiet tai kā kritiska slāpēšanas problēma, Ahem! Es esmu fiziķis! Tātad jūs izslēdzat slāpēšanas terminu! Ti atvasinātais termins, kas darbojas kā vilkšanas termins. Tagad bumba mežonīgi svārstīsies! Tomēr mērķis ir panākt, lai svārstības būtu pēc iespējas tuvākas harmonikai, nevis augtu vai sabruktu, cik vien iespējams. Kad tas ir izdarīts, jūs ieslēdzat atvasināto terminu un veicat pielāgojumus, līdz tas pēc iespējas ātrāk atgriežas līdzsvarā. Tas ir tad, kad tiek sasniegta kritiskā slāpēšana. Tomēr, ja tas nedarbojas, PID kontrolētām sistēmām ir daudz citu labi pārbaudītu noregulēšanas shēmu. Es to atradu Vikipēdijā, zem PID kontroliera. Liels paldies, ka apskatījāt manu projektu, un, lūdzu, sazinieties ar visiem jautājumiem, es labprāt atbildēšu uz visiem jūsu jautājumiem. Īpaša piezīme: Es vēlos norādīt, ka šo projektu no sākuma līdz beigām paveica Miracle Max Guerrro un es tikai nepilnu četru nedēļu laikā, tostarp divas nedēļas gaidot jaunu ekrānu, kas bija iestrēdzis muitā, pēc mūsu pirmā salūza. Tāpēc, lūdzu, atvainojiet, ka tas ir tālu no ideāla snieguma. Laimīgu hakeru!