Ball Balancer dan PID Fiddler: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Proyek ini disajikan untuk orang-orang yang memiliki pengalaman menggunakan Arduino. Pengetahuan sebelumnya tentang penggunaan servos, tampilan OLED, pot, tombol, penyolderan, akan sangat membantu. Proyek ini menggunakan bagian cetak 3D.

Ball Balancer adalah alat uji PID untuk bereksperimen dengan penyetelan PID. PID Fiddler adalah remote untuk mengatur penyetelan PID.

PID digunakan ketika Anda membutuhkan lebih banyak kontrol gerakan. Contoh yang baik adalah robot penyeimbang. Robot perlu melakukan penyesuaian kecil untuk menjaga keseimbangan, dan respons cepat untuk menangkap dirinya sendiri jika menemui benturan atau dorongan. PID dapat digunakan untuk menyetel respons motor roda untuk menjaga keseimbangan.

PID membutuhkan umpan balik dari sensor. Robot penyeimbang menggunakan gyros dan akselerometer untuk mengukur sudut absolut robot. Output dari sensor digunakan oleh PID untuk mengontrol motor untuk menjaga keseimbangan.

Jadi mengapa saya membuat ball balancer yang membosankan? Tentu itu keren, tetapi robot penyeimbang akan terbalik saat tidak disetel dengan benar. Robot penyeimbang bukanlah perangkat terbaik untuk bereksperimen dengan penyetelan PID. Penyeimbang bola jauh lebih stabil dan merupakan alat visual yang bagus untuk melihat efek penyetelan PID. Pengetahuan yang diperoleh dari tuning ball balancer dapat diterapkan untuk tuning robot balancing.

Ball Balancer adalah rel pada titik pivot. Di rel ada bola yang bergerak maju mundur di rel saat rel dimiringkan. Rel diberi tip dengan servo. Di ujung rel adalah sensor yang mengukur jarak bola dari sensor. Input ke PID adalah jarak bola dari sensor, dan output dari PID adalah servo yang mengarahkan rel dan menggerakkan bola.

Saya menggunakan perpustakaan Arduino PID.

Fiddler PID adalah apa yang saya gunakan untuk menyetel nilai PID. Anda tidak membutuhkannya, tetapi itu membantu. Fiddler PID jauh dari Ball Balancer, terhubung hanya dengan dua kabel, dan dapat dihubungkan dan diputuskan saat Ball Balancer sedang berjalan. Setelah Anda menemukan nilai terbaik, nilainya dapat dikodekan dalam sketsa proyek Anda.

Upaya ekstra untuk membuat PID Fiddler terbayar dalam waktu yang dibutuhkan untuk membuat perubahan penyetelan pada PID. Anda dapat dengan cepat melihat hasil perubahan Anda. Dan itu dapat digunakan kembali pada proyek masa depan yang menggunakan PID. Belum lagi menyenangkan untuk dibangun, dan terlihat keren!

Langkah 1: Penyeimbang Bola - Bagian

Bagian Cetakan 3D ditemukan di sini:

(Instruksi perakitan ditemukan dalam instruksi Pasca-Pencetakan di tautan di atas)

Sudut aluminium 1 - 1" x 1/8", dipotong hingga panjang 500mm.

1 - Adafruit VL53L0X Waktu Sensor Jarak Penerbangan:

1 - Servo Hobi dengan klakson kontrol

1 - Kawat kaku untuk penghubung (sekitar 7mm)

- Lain-lain Sekrup pemasangan

1- Arduino Uno

2 - LED (merah, hijau)

3 - 330 Ohm resistor

- Lain-lain Kabel jumper dan papan tempat memotong roti

- Cat Semprot Hitam Datar

1 - Bola Ping Pong Putih

Langkah 2: Penyeimbang Bola - Perakitan

Instruksi perakitan untuk Ball Balancer dapat ditemukan di sini:

Beberapa tips tambahan:

Semprotkan cat bagian dalam rel hitam rata untuk mengurangi kesalahan dari sensor.

Linkage (Tampak pada gambar di atas):

- Gunakan kawat kaku dengan panjang sekitar 7 mm untuk menghubungkan antara klakson kontrol servo dan braket sensor.

- Ratakan rel, tempatkan klakson kontrol secara horizontal di titik tengah gerakan servo (nilai servo 90).

- Tekuk lingkaran kecil di bagian atas kawat, dan tekuk berbentuk z di bagian bawah kawat.

- Masukkan ujung z ke dalam klakson kontrol, tandai titik di tengah loop pada braket sensor.

- Bor lubang kecil dan gunakan sekrup kecil untuk memasang kabel ke braket sensor.

Langkah 3: Pengkabelan Ball Balancer & Sketsa Arduino

Lihat gambar di atas untuk pengkabelan.

Gunakan catu daya terpisah untuk servo. Ini bisa berupa catu daya bangku, atau paket baterai. Saya menggunakan catu daya bangku yang diatur pada 5V.

Fiddler PID akan disambungkan dengan dua kabel, satu ke Pin 1 (Serial RX), dan satu ke ground.

Sketsa disediakan.

Catatan Sketsa: Nilai titik setel akan berubah dari 200mm menjadi 300mm setiap 15 detik. Sangat membantu untuk menggunakan Serial Monitor pada Arduino IDE untuk melihat output sensor.

Langkah 4: PID Fiddler 2 - Bagian

Perisai dan kenop cetak 3D dapat ditemukan di sini:

4 - 10 Kohm pot

1- Tombol Kontak Sesaat:

1- Tampilan Grafis Adafruit Monochrome 128x32 I2C OLED:

1- Arduino Uno

- lain-lain header ping (1 in), blok terminal, kabel penghubung

Langkah 5: Pid Fiddler 2 - Pengkabelan, Perakitan, dan Sketsa Arduino

Gunakan diagram pengkabelan untuk memasang pelindung.

Kiat Perakitan:

- Untuk kiat membuat papan sirkuit khusus, lihat instruksi saya:

- Header lem super pada pelindung cetak 3D.

- Saya menggunakan kawat bungkus kawat.

- Gunakan pot bawah persegi dan potong tab pemasangan, lem panas di tempatnya.

- Komponen disolder. Gunakan header perempuan untuk OLED, dan OLED dapat dengan mudah dicabut dan dilepas untuk digunakan dalam proyek lain.

Catatan Sketsa:

- Hubungkan kabel dari blok terminal (kabel ke pin 2, TX) ke pin 1 (seri RX) dari Ball Balancer Arduino. Hubungkan kabel antara blok terminal (ground) ke ground Arduino Ball Balancer.

- Tahan tombol, sesuaikan kenop untuk menyesuaikan pengaturan PID, lepaskan tombol untuk mengirim nilai ke Ball Balancer.

Langkah 6: Menggunakan Ball Balancer dan PID Fiddler

Satu-satunya yang tersisa adalah mulai bermain dengannya!

- Tempatkan bola di atas rel.

- Tahan tombol pada PID Fiddler, atur P, I, dan D ke nol, ST ke 200 untuk memulai.

- Servo akan berhenti merespons.

- Sekarang mulailah bereksperimen dengan nilai P, I, dan D yang berbeda untuk melihat bagaimana pengaruhnya terhadap respons dan pergerakan bola.

- Coba ubah nilai untuk Waktu Sampel (ST). Waktu sampel adalah waktu dalam milidetik input dikumpulkan. Nilai dirata-ratakan selama waktu sampel. Keluaran sensor dari target diam akan sedikit berbeda. Jika waktu sampel terlalu kecil, output dari PID akan "jitter". PID mencoba mengoreksi noise dalam pembacaan sensor. Menggunakan Waktu Sampel yang lebih lama akan menghaluskan noise, tetapi output PID akan menjadi tersentak-sentak.

Langkah 7:

Tidak digunakan