Daftar Isi:

Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika: 17 Langkah (dengan Gambar)
Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika: 17 Langkah (dengan Gambar)

Video: Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika: 17 Langkah (dengan Gambar)

Video: Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika: 17 Langkah (dengan Gambar)
Video: Part 1 Sistem Kontrol : Pemodelan 2024, Juli
Anonim
Image
Image
Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika
Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika
Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika
Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika
Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika
Pendulum Terbalik: Teori Kontrol dan Dinamika

Pendulum terbalik adalah masalah klasik dalam dinamika dan teori kontrol yang umumnya dielaborasi di sekolah menengah dan sarjana fisika atau kursus matematika. Sebagai seorang penggila matematika dan sains, saya memutuskan untuk mencoba dan menerapkan konsep-konsep yang saya pelajari selama kelas saya untuk membangun pendulum terbalik. Menerapkan konsep-konsep seperti itu dalam kehidupan nyata tidak hanya membantu memperkuat pemahaman Anda tentang konsep-konsep tersebut, tetapi juga menghadapkan Anda pada dimensi masalah dan tantangan yang sama sekali baru yang berhubungan dengan kepraktisan dan situasi kehidupan nyata yang tidak pernah dapat ditemui di kelas teori.

Dalam instruksi ini, pertama-tama saya akan memperkenalkan masalah pendulum terbalik, kemudian membahas aspek teori dari masalah tersebut, dan kemudian membahas perangkat keras dan perangkat lunak yang diperlukan untuk menghidupkan konsep ini.

Saya sarankan Anda menonton video yang terlampir di atas sambil membaca instruksi yang akan memberi Anda pemahaman yang lebih baik.

Dan akhirnya, jangan lupa untuk memberikan suara di 'Kontes Sains Kelas' jika Anda menyukai proyek ini dan jangan ragu untuk meninggalkan pertanyaan di bagian komentar di bawah. Selamat membuat!:)

Langkah 1: Masalahnya

Masalah
Masalah

Masalah pendulum terbalik analog dengan menyeimbangkan sapu atau tiang panjang di telapak tangan Anda, yang merupakan sesuatu yang sebagian besar dari kita telah mencoba sebagai seorang anak. Ketika mata kita melihat kutub jatuh ke sisi tertentu, mereka mengirimkan informasi ini ke otak yang melakukan perhitungan tertentu dan kemudian memerintahkan lengan Anda untuk bergerak ke posisi tertentu dengan kecepatan tertentu untuk melawan gerakan kutub, yang diharapkan akan membawa Tipping tiang kembali ke vertikal. Proses ini diulang beberapa ratus kali per detik yang membuat tiang sepenuhnya di bawah kendali Anda. Pendulum terbalik berfungsi dengan cara yang sama. Tujuannya adalah untuk menyeimbangkan pendulum terbalik pada gerobak yang dibiarkan bergerak. Alih-alih mata, sensor digunakan untuk mendeteksi posisi pendulum yang mengirimkan informasi ke komputer yang melakukan perhitungan tertentu dan memerintahkan aktuator untuk memindahkan gerobak dengan cara membuat pendulum vertikal lagi.

Langkah 2: Solusinya

Solusinya
Solusinya

Masalah menyeimbangkan pendulum terbalik ini membutuhkan wawasan tentang gerakan dan kekuatan yang berperan dalam sistem ini. Akhirnya, wawasan ini akan memungkinkan kita untuk menghasilkan "persamaan gerak" dari sistem yang dapat digunakan untuk menghitung hubungan antara output yang menuju aktuator dan input yang berasal dari sensor.

Persamaan gerak dapat diturunkan dengan dua cara tergantung pada level Anda. Mereka dapat diturunkan menggunakan hukum dasar Newton dan beberapa matematika tingkat sekolah menengah atau menggunakan mekanika Lagrangian yang umumnya diperkenalkan dalam kursus fisika sarjana. (Catatan: Menurunkan persamaan gerak menggunakan hukum Newton sederhana tetapi membosankan sedangkan menggunakan mekanika Lagrangian jauh lebih elegan tetapi membutuhkan pemahaman mekanika Lagrangian meskipun kedua pendekatan pada akhirnya menghasilkan solusi yang sama).

Kedua pendekatan dan turunan formalnya biasanya tercakup di sekolah menengah atau kelas sarjana matematika atau fisika, meskipun mereka dapat dengan mudah ditemukan menggunakan pencarian google sederhana atau dengan mengunjungi tautan ini. Mengamati persamaan akhir gerak kita melihat hubungan antara empat kuantitas:

  • Sudut pendulum terhadap vertikal
  • Kecepatan sudut bandul
  • Percepatan sudut bandul
  • Percepatan linier gerobak

Dimana tiga besaran pertama adalah besaran yang akan diukur oleh sensor dan besaran terakhir akan dikirim ke aktuator untuk dilakukan.

Langkah 3: Teori Kontrol

Teori Kontrol
Teori Kontrol

Teori kontrol adalah subbidang matematika yang berhubungan dengan pengendalian dan pengoperasian sistem dinamis dalam proses dan mesin yang direkayasa. Tujuannya adalah untuk mengembangkan model kontrol atau loop kontrol untuk secara umum mencapai stabilitas. Dalam kasus kami, seimbangkan pendulum terbalik.

Ada dua jenis utama dari kontrol loop: kontrol loop terbuka dan kontrol loop tertutup. Saat menerapkan kontrol loop terbuka, tindakan kontrol atau perintah dari pengontrol tidak tergantung pada output sistem. Contoh yang baik dari hal ini adalah tungku, di mana jumlah waktu tungku tetap menyala sepenuhnya bergantung pada pengatur waktu.

Sedangkan pada sistem loop tertutup, perintah pengontrol bergantung pada umpan balik dari keadaan sistem. Dalam kasus kami, umpan balik adalah sudut pendulum dengan referensi normal yang menentukan kecepatan dan posisi gerobak, oleh karena itu membuat sistem ini menjadi sistem loop tertutup. Terlampir di atas adalah representasi visual dalam bentuk diagram blok dari sistem loop tertutup.

Ada beberapa teknik mekanisme umpan balik tetapi salah satu yang paling banyak digunakan adalah pengontrol proporsional-integral-turunan (pengontrol PID), yang akan kita gunakan.

Catatan: Memahami cara kerja pengontrol semacam itu sangat berguna dalam mengembangkan pengontrol yang berhasil meskipun menjelaskan operasi pengontrol semacam itu berada di luar cakupan instruksi ini. Jika Anda belum menemukan jenis pengontrol ini dalam kursus Anda, ada banyak materi online dan pencarian google sederhana atau kursus online akan membantu.

Langkah 4: Menerapkan Proyek Ini di Kelas Anda

Kelompok Umur: Proyek ini terutama untuk siswa sekolah menengah atau sarjana, tetapi juga dapat disajikan kepada anak-anak yang lebih muda hanya sebagai demonstrasi dengan memberikan gambaran konsep.

Konsep yang Dicakup: Konsep utama yang tercakup dalam proyek ini adalah teori dinamika dan kontrol.

Waktu yang dibutuhkan: Setelah semua bagian dikumpulkan dan dibuat, perakitan membutuhkan waktu 10 hingga 15 menit. Pembuatan model kontrol membutuhkan waktu lebih lama, untuk ini siswa dapat diberikan waktu 2 sampai 3 hari. Setelah masing-masing siswa (atau kelompok siswa) mengembangkan model kontrol masing-masing, hari lain dapat digunakan untuk mendemonstrasikan individu atau tim.

Salah satu cara untuk mengimplementasikan proyek ini ke dalam kelas Anda adalah dengan membangun sistem (dijelaskan dalam langkah-langkah berikut), sementara kelompok sedang mengerjakan subtopik fisika yang terkait dengan dinamika atau saat mereka mempelajari sistem kontrol di kelas matematika. Dengan cara ini, ide dan konsep yang mereka temui selama kelas dapat langsung diimplementasikan ke dalam aplikasi dunia nyata membuat konsep mereka jauh lebih jelas karena tidak ada cara yang lebih baik untuk mempelajari konsep baru selain dengan menerapkannya dalam kehidupan nyata.

Sebuah sistem tunggal dapat dibangun, bersama-sama sebagai kelas dan kemudian kelas dapat dibagi menjadi tim, masing-masing membangun model kontrol dari awal. Setiap tim kemudian dapat mendemonstrasikan pekerjaan mereka dalam format kompetisi, di mana model kontrol terbaik adalah yang dapat menyeimbangkan paling lama dan menahan dorongan dan dorongan dengan kuat.

Cara lain untuk mengimplementasikan proyek ini di kelas Anda adalah dengan membuat anak-anak yang lebih tua (setingkat sekolah menengah atau lebih), mengembangkan proyek ini dan mendemonstrasikannya kepada anak-anak yang lebih muda sambil memberi mereka gambaran tentang dinamika dan kontrol. Ini mungkin tidak hanya memicu minat fisika dan matematika untuk anak-anak yang lebih muda tetapi juga akan membantu siswa yang lebih tua mengkristalkan konsep teori mereka karena salah satu cara terbaik untuk memperkuat konsep Anda adalah dengan menjelaskannya kepada orang lain, terutama anak-anak yang lebih muda sebagaimana diperlukan. Anda untuk merumuskan ide-ide Anda dengan cara yang sangat sederhana dan jelas.

Langkah 5: Suku Cadang dan Perlengkapan

Suku Cadang dan Perlengkapan
Suku Cadang dan Perlengkapan
Suku Cadang dan Perlengkapan
Suku Cadang dan Perlengkapan
Suku Cadang dan Perlengkapan
Suku Cadang dan Perlengkapan

Kereta akan diizinkan untuk bergerak bebas pada satu set rel yang memberikannya satu derajat kebebasan. Berikut adalah bagian-bagian dan perlengkapan yang diperlukan untuk membuat bandul dan sistem gerobak dan rel:

Elektronik:

  • Satu papan yang kompatibel dengan Arduino, apa pun akan berfungsi. Saya merekomendasikan Uno jika Anda tidak terlalu berpengalaman dengan elektronik karena akan lebih mudah untuk diikuti.
  • Satu motor stepper Nema17, yang akan berfungsi sebagai penggerak gerobak.
  • Satu driver motor stepper, sekali lagi semuanya akan berfungsi, tetapi saya merekomendasikan driver motor stepper A4988 karena akan lebih mudah untuk diikuti.
  • Satu MPU-6050 Six-Axis (Gyro + Accelerometer), yang akan mendeteksi berbagai parameter seperti sudut dan kecepatan sudut bandul.
  • Satu catu daya 12v 10A, 10A sebenarnya sedikit berlebihan untuk proyek khusus ini, apa pun di atas 3A akan berfungsi, tetapi memiliki kemungkinan untuk menarik arus ekstra memungkinkan pengembangan di masa depan di mana lebih banyak daya mungkin diperlukan.

Perangkat keras:

  • 16 x bantalan, saya menggunakan bantalan skateboard dan mereka bekerja dengan baik
  • 2 x katrol dan sabuk GT2
  • Sekitar 2,4 meter pipa PVC 1,5 inci
  • Sekelompok mur dan baut 4mm

Beberapa bagian yang digunakan dalam proyek ini juga dicetak 3D, oleh karena itu memiliki printer 3D akan sangat berguna, meskipun fasilitas pencetakan 3D lokal atau online umumnya tersedia.

Total biaya semua bagian hanya sedikit kurang dari $ 50 (tidak termasuk printer 3D)

Langkah 6: Bagian Cetak 3D

Bagian Cetak 3D
Bagian Cetak 3D
Bagian Cetak 3D
Bagian Cetak 3D
Bagian Cetak 3D
Bagian Cetak 3D

Beberapa bagian dari sistem kereta dan rel harus dibuat khusus, jadi saya menggunakan Autodesk gratis untuk menggunakan Fusion360 untuk memodelkan file cad dan mencetaknya 3D pada printer 3D.

Beberapa bagian yang murni berbentuk 2D, seperti pendulum dan gantry bed, dipotong dengan laser karena lebih cepat. Semua file STL dilampirkan di bawah ini dalam folder zip. Berikut adalah daftar lengkap semua bagian:

  • 2 x Gantry Roller
  • 4 x Tutup Akhir
  • 1 x Braket Stepper
  • 2 x Dudukan Bantalan Katrol Idle
  • 1 x Pemegang Pendulum
  • 2 x Sabuk Lampiran
  • 1 x Pemegang Bantalan Pendulum (a)
  • 1 x Pemegang Bantalan Pendulum (b)
  • 1 x Lubang Katrol Spacer
  • 4 x Bantalan Lubang Spacer
  • 1 x Plat Gantry
  • 1 x Pelat Pemegang Stepper
  • 1 x Pelat Dudukan Katrol Idle
  • 1 x Bandul (a)
  • 1 x Bandul (b)

Total ada 24 bagian, yang tidak memakan waktu lama untuk dicetak karena bagian-bagiannya kecil dan dapat dicetak bersama. Selama instruksi ini, saya akan mengacu pada bagian-bagian berdasarkan nama-nama dalam daftar ini.

Langkah 7: Merakit Gantry Rollers

Merakit Gantry Rollers
Merakit Gantry Rollers
Merakit Gantry Rollers
Merakit Gantry Rollers
Merakit Gantry Rollers
Merakit Gantry Rollers
Merakit Gantry Rollers
Merakit Gantry Rollers

Roller gantry seperti roda untuk gerobak. Ini akan menggelinding di sepanjang jalur PVC yang memungkinkan kereta bergerak dengan mulus dengan gesekan minimal. Untuk langkah ini, ambil dua rol gantry cetak 3D, 12 bantalan, dan sekumpulan mur dan baut. Anda akan membutuhkan 6 bantalan per rol. Pasang bantalan ke roller menggunakan mur dan baut (Gunakan gambar sebagai referensi). Setelah setiap rol dibuat, geser ke pipa PVC.

Langkah 8: Merakit Sistem Penggerak (Motor Stepper)

Merakit Sistem Penggerak (Motor Stepper)
Merakit Sistem Penggerak (Motor Stepper)
Merakit Sistem Penggerak (Motor Stepper)
Merakit Sistem Penggerak (Motor Stepper)
Merakit Sistem Penggerak (Motor Stepper)
Merakit Sistem Penggerak (Motor Stepper)

Kereta akan digerakkan oleh motor stepper Nema17 standar. Jepit motor ke braket stepper menggunakan sekrup yang seharusnya satu set dengan stepper. Kemudian pasang braket ke pelat penahan stepper, sejajarkan 4 lubang pada braket dengan 4 lubang di pelat dan gunakan mur dan baut untuk mengencangkan keduanya. Selanjutnya, pasang katrol GT2 ke poros motor dan pasang 2 penutup ujung ke pelat penahan stepper dari bawah menggunakan lebih banyak mur dan baut. Setelah selesai, Anda dapat menggeser penutup ujung ke pipa. Jika kecocokannya terlalu tepat daripada memaksa penutup ujung ke pipa, saya sarankan untuk mengampelas permukaan bagian dalam penutup ujung yang dicetak 3D sampai pemasangannya pas.

Langkah 9: Merakit Sistem Drive (Idle Pulley)

Merakit Sistem Drive (Idle Pulley)
Merakit Sistem Drive (Idle Pulley)
Merakit Sistem Drive (Idle Pulley)
Merakit Sistem Drive (Idle Pulley)
Merakit Sistem Drive (Idle Pulley)
Merakit Sistem Drive (Idle Pulley)

Mur dan baut yang saya gunakan berdiameter 4mm meskipun lubang pada pulley dan bearing adalah 6mm, oleh karena itu saya harus mencetak adaptor 3D dan mendorongnya ke dalam lubang pulley dan bantalan agar tidak goyang pada baut. Jika Anda memiliki mur dan baut dengan ukuran yang tepat, Anda tidak memerlukan langkah ini.

Pasang bantalan ke dalam dudukan bantalan katrol idle. Sekali lagi jika pas terlalu kencang, gunakan amplas untuk mengampelas sedikit dinding bagian dalam dudukan bantalan katrol yang menganggur. Lewatkan baut melalui salah satu bantalan, lalu selipkan katrol ke baut dan tutup ujung lainnya dengan bantalan kedua dan set dudukan bantalan katrol idle.

Setelah selesai pasang sepasang dudukan bantalan katrol idle ke pelat dudukan katrol idle dan pasang penutup ujung ke permukaan bawah pelat ini, mirip dengan langkah sebelumnya. Terakhir, tutup ujung yang berlawanan dari dua pipa PVC menggunakan penutup ujung ini. Dengan ini rel untuk kereta Anda selesai.

Langkah 10: Merakit Gantry

Merakit Gantry
Merakit Gantry
Merakit Gantry
Merakit Gantry
Merakit Gantry
Merakit Gantry

Langkah selanjutnya adalah membuat gerobak. Pasang kedua rol bersama-sama menggunakan pelat gantry dan 4 mur dan baut. Pelat gantry memiliki slot sehingga Anda dapat menyesuaikan posisi pelat untuk sedikit penyesuaian.

Selanjutnya, pasang dua attachment belt di kedua sisi pelat gantry. Pastikan untuk memasangnya dari bawah jika tidak, sabuk tidak akan berada pada level yang sama. Pastikan juga untuk memasukkan baut dari bawah, karena jika tidak, baut yang terlalu panjang dapat menyebabkan penghalang pada sabuk.

Terakhir, pasang dudukan bandul pada bagian depan gerobak menggunakan mur dan baut.

Langkah 11: Merakit Pendulum

Merakit Pendulum
Merakit Pendulum
Merakit Pendulum
Merakit Pendulum
Merakit Pendulum
Merakit Pendulum
Merakit Pendulum
Merakit Pendulum

Bandul dibuat menjadi dua bagian hanya untuk menghemat bahan. Anda dapat merekatkan kedua bagian tersebut dengan menyelaraskan gigi dan menempelkannya. Sekali lagi dorong spacer lubang bantalan ke dalam dua bantalan untuk mengimbangi diameter baut yang lebih kecil dan kemudian dorong bantalan ke dalam lubang bantalan dari dua buah dudukan bantalan pendulum. Jepit dua bagian yang dicetak 3D di setiap sisi ujung bawah pendulum dan kencangkan 3 bersama-sama menggunakan 3 mur dan baut yang melewati dudukan bantalan pendulum. Lewatkan baut melalui dua bantalan dan kencangkan ujung lainnya dengan mur yang sesuai.

Selanjutnya, ambil MPU6050 Anda dan pasang di ujung pendulum yang berlawanan menggunakan sekrup pemasangan.

Langkah 12: Memasang Pendulum dan Sabuk

Memasang Pendulum dan Sabuk
Memasang Pendulum dan Sabuk
Memasang Pendulum dan Sabuk
Memasang Pendulum dan Sabuk
Memasang Pendulum dan Sabuk
Memasang Pendulum dan Sabuk

Langkah terakhir adalah memasang pendulum ke gerobak. Lakukan dengan melewatkan baut yang tadi Anda lewati melalui kedua bantalan pendulum, melalui lubang pada dudukan bandul yang terpasang di bagian depan gerobak dan gunakan mur di ujung lainnya untuk mengencangkan bandul ke gerobak.

Terakhir, ambil sabuk GT2 Anda dan pertama-tama kencangkan salah satu ujungnya ke salah satu lampiran sabuk yang dijepit ke kereta. Untuk ini, saya menggunakan klip sabuk yang dapat dicetak 3D rapi yang dijepitkan ke ujung sabuk dan mencegahnya tergelincir melalui slot sempit. Stls untuk bagian ini dapat ditemukan di Thingiverse menggunakan tautan ini. Bungkus sabuk sepanjang jalan di sekitar katrol stepper dan katrol idle dan kencangkan ujung sabuk yang lain ke bagian pemasangan sabuk di ujung troli yang berlawanan. Kencangkan sabuk sambil memastikan untuk tidak mengencangkan terlalu banyak atau membiarkannya terlalu longgar dan dengan ini pendulum dan kereta Anda selesai!

Langkah 13: Pengkabelan dan Elektronik

Pengkabelan dan Elektronik
Pengkabelan dan Elektronik
Pengkabelan dan Elektronik
Pengkabelan dan Elektronik
Pengkabelan dan Elektronik
Pengkabelan dan Elektronik

Pengkabelan terdiri dari menghubungkan MPU6050 ke Arduino dan pengkabelan sistem penggerak. Ikuti diagram pengkabelan yang terlampir di atas untuk menghubungkan setiap komponen.

MPU6050 ke Arduino:

  • GND ke GND
  • +5v hingga +5v
  • SDA ke A4
  • SCL ke A5
  • Ke D2

Motor stepper ke driver stepper:

  • Kumparan 1(a) ke 1A
  • Kumparan 1(b) ke 1B
  • Kumparan 2(a) ke 2A
  • Kumparan 2(b) ke 2B

Driver Stepper ke Arduino:

  • GND ke GND
  • VDD ke +5v
  • LANGKAH ke D3
  • DIR ke D2
  • VMOT ke terminal positif catu daya
  • GND ke terminal ground catu daya

Pin Sleep dan Reset pada driver stepper harus dihubungkan dengan jumper. Dan akhirnya, adalah ide yang baik untuk menghubungkan kapasitor elektrolitik sekitar 100 uF secara paralel dengan terminal positif dan ground dari catu daya.

Langkah 14: Mengontrol Sistem (Kontrol Proporsional)

Pengendalian Sistem (Pengendalian Proporsional)
Pengendalian Sistem (Pengendalian Proporsional)
Pengendalian Sistem (Pengendalian Proporsional)
Pengendalian Sistem (Pengendalian Proporsional)
Pengendalian Sistem (Pengendalian Proporsional)
Pengendalian Sistem (Pengendalian Proporsional)

Awalnya, saya memutuskan untuk mencoba sistem kontrol proporsional dasar, yaitu, kecepatan kereta hanya sebanding dengan faktor tertentu dengan sudut yang dibuat pendulum dengan vertikal. Ini dimaksudkan hanya sebagai tes untuk memastikan semua bagian berfungsi dengan benar. Padahal, sistem proporsional dasar ini cukup kuat untuk membuat bandul sudah seimbang. Pendulum bahkan bisa melawan dorongan dan dorongan lembut dengan cukup kuat. Meskipun sistem kontrol ini bekerja dengan sangat baik, masih ada beberapa masalah. Jika kita melihat grafik pembacaan IMU selama waktu tertentu, kita dapat dengan jelas melihat osilasi dalam pembacaan sensor. Ini menyiratkan bahwa setiap kali pengontrol mencoba melakukan koreksi, itu selalu melampaui batas dengan jumlah tertentu, yang sebenarnya merupakan sifat dari sistem kontrol proporsional. Kesalahan kecil ini dapat diperbaiki dengan menerapkan jenis pengontrol yang berbeda yang memperhitungkan semua faktor ini.

Kode untuk sistem kendali proporsional terlampir di bawah ini. Kode memerlukan dukungan dari beberapa perpustakaan tambahan yang perpustakaan MPU6050, perpustakaan PID, dan perpustakaan AccelStepper. Ini dapat diunduh menggunakan pengelola perpustakaan terintegrasi Arduino IDE. Cukup buka Sketsa >> Sertakan Perpustakaan >> Kelola Perpustakaan, lalu cari PID, MPU6050 dan AccelStepper di bilah pencarian dan instal hanya dengan mengklik tombol Instal.

Meskipun, saran saya untuk Anda semua yang penggemar sains dan matematika, akan mencoba dan membangun pengontrol semacam ini dari awal. Ini tidak hanya akan memperkuat konsep Anda tentang dinamika dan teori kontrol tetapi juga akan memberi Anda kesempatan untuk menerapkan pengetahuan Anda dalam aplikasi kehidupan nyata.

Langkah 15: Mengontrol Sistem (Kontrol PID)

Mengontrol Sistem (Kontrol PID)
Mengontrol Sistem (Kontrol PID)
Mengontrol Sistem (Kontrol PID)
Mengontrol Sistem (Kontrol PID)
Mengontrol Sistem (Kontrol PID)
Mengontrol Sistem (Kontrol PID)

Umumnya, dalam kehidupan nyata, setelah sistem kontrol terbukti cukup kuat untuk penerapannya, para insinyur biasanya hanya menyelesaikan proyek daripada memperumit situasi dengan menggunakan sistem kontrol yang lebih kompleks. Tetapi dalam kasus kami, kami sedang membangun bandul terbalik ini murni untuk tujuan pendidikan. Oleh karena itu kita dapat mencoba untuk mengembangkan sistem kontrol yang lebih kompleks seperti kontrol PID, yang mungkin terbukti jauh lebih kuat daripada sistem kontrol proporsional dasar.

Meskipun kontrol PID jauh lebih kompleks untuk diterapkan, setelah diterapkan dengan benar dan menemukan parameter penyetelan yang sempurna, pendulum seimbang secara signifikan lebih baik. Pada titik ini, itu juga bisa melawan goncangan ringan. Pembacaan dari IMU selama waktu tertentu (terlampir di atas) juga membuktikan bahwa pembacaan tidak pernah terlalu jauh untuk setpoint yang diinginkan, yaitu vertikal, menunjukkan bahwa sistem kontrol ini jauh lebih efektif dan kuat daripada kontrol proporsional dasar..

Sekali lagi, saran saya untuk Anda semua yang menyukai sains dan matematika, cobalah membangun pengontrol PID dari awal sebelum menggunakan kode yang terlampir di bawah ini. Ini bisa dianggap sebagai tantangan, dan tidak ada yang pernah tahu, seseorang bisa datang dengan sistem kontrol yang jauh lebih kuat dari apa pun yang telah dicoba sampai sekarang. Meskipun perpustakaan PID yang kuat sudah tersedia untuk Arduino yang dikembangkan oleh Brett Beauregard yang dapat diinstal dari manajer perpustakaan di Arduino IDE.

Catatan: Setiap sistem kontrol dan hasilnya ditunjukkan dalam video yang dilampirkan pada langkah pertama.

Langkah 16: Perbaikan Lebih Lanjut

Perbaikan Lebih Lanjut
Perbaikan Lebih Lanjut

Salah satu hal yang ingin saya coba adalah fungsi "swing-up", di mana bandul awalnya tergantung di bawah gerobak dan gerobak melakukan beberapa gerakan cepat naik dan turun di sepanjang trek untuk mengayunkan pendulum dari gantung. posisi ke posisi terbalik terbalik. Tetapi ini tidak dapat dilakukan dengan konfigurasi saat ini karena kabel yang panjang harus menghubungkan unit pengukuran inersia ke Arduino, oleh karena itu lingkaran penuh yang dilakukan oleh pendulum dapat menyebabkan kabel terpelintir dan tersangkut. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan encoder putar yang dipasang pada poros pendulum alih-alih unit pengukuran inersia di ujungnya. Dengan encoder, porosnya adalah satu-satunya hal yang berputar dengan pendulum, sementara bodi tetap diam yang berarti kabel tidak akan terpuntir.

Fitur kedua yang ingin saya coba, adalah menyeimbangkan pendulum ganda di kereta. Sistem ini terdiri dari dua bandul yang dihubungkan satu demi satu. Meskipun dinamika sistem seperti itu jauh lebih kompleks dan membutuhkan lebih banyak penelitian.

Langkah 17: Hasil Akhir

Hasil Akhir
Hasil Akhir
Hasil Akhir
Hasil Akhir
Hasil Akhir
Hasil Akhir

Eksperimen seperti ini dapat mengubah suasana kelas menjadi positif. Umumnya, kebanyakan orang lebih suka dapat menerapkan konsep dan ide untuk mengkristalkannya, jika tidak, ide-ide itu tetap "mengudara" yang membuat orang cenderung lebih cepat melupakannya. Ini hanyalah salah satu contoh penerapan konsep-konsep tertentu yang dipelajari selama kelas ke dalam aplikasi dunia nyata, meskipun ini tentu akan memicu antusiasme siswa untuk akhirnya mencoba dan membuat eksperimen mereka sendiri untuk menguji teori, yang akan membuat kelas masa depan mereka jauh lebih hidup, yang akan membuat mereka ingin belajar lebih banyak, yang akan membuat mereka datang dengan eksperimen baru dan siklus positif ini akan berlanjut sampai ruang kelas masa depan penuh dengan eksperimen dan proyek yang menyenangkan dan menyenangkan.

Saya harap ini akan menjadi awal dari lebih banyak eksperimen dan proyek! Jika Anda menyukai instruksi ini dan merasa terbantu, silakan berikan suara di bawah ini dalam "Kontes Sains Kelas" dan setiap komentar atau saran dipersilahkan! Terima kasih!:)

Lomba Sains Kelas
Lomba Sains Kelas
Lomba Sains Kelas
Lomba Sains Kelas

Juara 2 dalam Lomba Sains Kelas

Direkomendasikan: