پلت فرم Stewart متعادل کننده توپ با کنترل PID: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

انگیزه و مفهوم کلی:

به عنوان یک فیزیکدان در حال آموزش ، من به طور طبیعی جذب سیستم های فیزیکی می شوم و به دنبال آن هستم. من آموزش دیده ام تا مشکلات پیچیده را با تفکیک آنها به اساسی ترین و اساسی ترین اجزای آنها ، و سپس ایجاد مشکل از آنجا حل کنم. اگرچه من از مبانی اولیه مکانیک و الکترومغناطیس را آموخته ام ، اما هنوز از آنها در برخی کاربردهای فیزیکی استفاده نکرده ام. من سرانجام با ایجاد یک ربات که از نظریه کنترل های خودکار برای توازن توپ بر روی یک سکوی مسطح و کاملاً کنترل شده استفاده می کند ، این فرصت را به دست خواهم آورد!

در این نحوه انجام ؛ که برای هکر ، برنامه نویس یا مهندس ماهر طراحی شده است ، ما از Arduino Uno به عنوان پلت فرم میکروکنترلر خود استفاده خواهیم کرد. حلقه بازخورد بسته زمانی شروع می شود که موقعیت یک یاتاقان فلزی جامد را که روی یک صفحه مقاوم در برابر لمس صاف قرار دارد ، احساس می کند ، که موقعیت فوری توپ ها را تغذیه می کند. این موقعیت سپس به یک کنترل کننده متناسب-مشتق (PID) ، که ما آن را در Arduino Uno برنامه ریزی کرده ایم ، وارد می شود. من این کد را منبع باز کرده و در پروژه پیوند داده ام. کنترل کننده وظیفه دارد توپ را به هر موقعیتی که کاربر روی میز انتخاب کرده است بازگرداند ، حتی اگر به طور قابل توجهی مزاحم باشد. پلت فرم پشتیبانی سازه ای که ما از آن استفاده می کنیم به عنوان "سکوی استوارت" شناخته می شود و توسط شش میله اتصال مستقل که توسط موتورهای سروو حرکت می کنند پشتیبانی می شود و تا شش درجه آزادی را فراهم می کند. ترجمه های X ، Y و Z ، چرخش ، پیچ و خم (به ترتیب چرخش محورهای X ، Y و Z). ایجاد و برنامه نویسی چنین پلتفرم بسیار موبایلی چالش های خاص خود را دارد ، بنابراین برای این پروژه ، ما فقط درجه آزادی را در نظر می گیریم و در صورت تمایل کاربر ، بقیه را به عنوان ارتقاء عملکرد اختیاری می گذاریم. همراه با حرکت پلتفرم به هر یک از مجموعه موقعیت های ثابت کاربر تعریف شده ، برنامه نویسان پیشرفته به راحتی برنامه را افزایش داده و با جایگزینی موقعیت ثابت ، تعریف شده توسط کاربر ، با یک اثر نیمه پیوسته از یک کاربر ، برنامه را افزایش می دهند. مسیر مشخص شده ، مانند شکل هشتم ، مسیر دایره ای ، نام شما به صورت خطی ، یا مورد علاقه من ، پخش مستقیم قلم یا انگشت شخصی در دستگاه تلفن همراه خود! هک مبارک!

مرحله 1: مواد را تهیه کنید

مواد مورد نیاز:

1. چند ورق اکریلیک 1/4 "و 1/8"

2. 6 - Servo Motors (ما از سرو HS5485HB استفاده کردیم)

3. 6 - میله های اتصال رشته ای (قابل تنظیم)

4. 6 - CNC Machine Servo Arm's با سوراخ های متعدد برای تنظیم

5. 12 - میله مشترک هایم پایان می یابد

6. 6 - میله (قابل تنظیم)

7. کیت USB صفحه نمایش لمسی مقاوم در برابر سیم 17 اینچی (موقعیت حس بلبرینگ)

مرحله 2: مواد را آماده کنید

بهترین راه برای برش اکریلیک استفاده از دوربین لیزری است. دسترسی به یکی از آنها دشوار است ، بنابراین اکریلیک را نیز می توان به راحتی با استفاده از ابزارهای برشی که با آن آشنا هستید برش دهید ، به درستی آموزش دهید و بتوانید با خیال راحت کار کنید. اگر من این کار را در خانه انجام می دادم ، از یک اره دستی استفاده می کردم. شکل کلی پلت فرم Stewart نیازی نیست دقیقاً با مدلی که من ساخته ام مطابقت داشته باشد. با این حال ، من می خواهم به چند فرصت ساده سازی اشاره کنم. اولاً ، ترسیم درجه آزادی و ارتفاع با استفاده از سه پایه ، به جای دو استاندارد بسیار ساده تر است. این کار با اتصال میله های اتصال به سکوی واقعی مثلث متساوی الاضلاع انجام می شود. این به شما این امکان را می دهد که از همه پیچیدگی های یافتن درجه آزادی و ارتفاع (DOF) از ابتدا غافل شوید ، در عوض از 3 "مبنای" غیر مستقل مستقل خطی استفاده می کنیم که به سادگی نقشه گوشه مثلث در حال بالا رفتن است. نوشتن مختصات بر این اساس برای من یا شما چالش برانگیز خواهد بود ، اما وابستگی متقابل این مبنا به راحتی توسط کد مدیریت می شود. این فرض ساده برای نادیده گرفتن همه پیچیدگی های هندسه کلیدی است. برای مشاهده تصویر گرافیکی MS Paint و تصویر تخته سفید ، تصویر را مشاهده کنید.

پس از برش قطعات ، باید همه سوراخ ها را سوراخ کنید ، جایی که میله های اتصال دهنده و اتصالات توپ به آن متصل می شوند. مراقب باشید که اندازه سوراخ با سخت افزار مناسب مورد استفاده شما مطابقت داشته باشد. این بسیار مهم است که اتصال دهنده های انتخابی شما کار کنند. اندازه سوراخ ها بر اساس اندازه ضربه ای است که برای بست خود نیاز دارید. برای انجام این کار ، یک مرجع آنلاین برای اندازه ضربه ، نوع زمین و نوع موضوع (خوب در مقابل دوره) پیدا کنید. من رشته های اکریلیک را توصیه می کنم ، اما اگر باید از نخ های ریز استفاده کنید ، باید کار کند ، زیرا ما به هر حال از آن استفاده کردیم. اکنون وقت آن است که به مونتاژ برویم.

مرحله 3: جمع آوری مواد

مواد را به دقت با مشخصات مونتاژ کنید. به ویژه مراقب باشید که پیچ ها را باز نکنید. پس از انجام این کار ، یا باید سخت افزار را با اندازه گیری و سوراخ های بزرگتر و ضربه زدن به آنها تغییر دهید ، یا باید یک تکه کاملاً جدید از اکریلیک را برش دهید. توجه داشته باشید که در مورد صفحه لمسی نیز باید مراقب باشید. شکننده است !!! بالاخره یک لایه نازک شیشه است. توجه داشته باشید که ما خودمان تصادف کردیم.

مرحله 4: برنامه نویسی

برنامه نویسی ممکن است کمی طول بکشد. اینجاست که مهارت های برنامه نویسی شما واقعاً می تواند نتیجه دهد. نیازی نیست که بتوانید کد را از ابتدا بنویسید ، اما اگر بتوانید یک کد منبع کاملاً منظم و منظم برای اصلاح پیدا کنید ، این امر زندگی را بسیار ساده تر می کند. در اینجا پیوند کد منبع ما وجود دارد: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew… ، به خودتان کمک کنید! مطمئناً بهینه نشده است ، اما کار را تمام کرد! به یاد داشته باشید که ما از سه مبنای جداگانه غیر متعارف و غیر خطی مستقل برای نقشه کنترل استفاده می کنیم. ما به سادگی همه چیز را در x ، y می خوانیم و بر روی A ، B و C نگاشت می کنیم. این پاسخ سپس به صورت جهانی تنظیم می شود تا میزان کمابیش ما بخواهیم سیستم پاسخ دهد.

مرحله 5: آزمایش

در اینجا ما درجه های آزادی را آزمایش می کنیم. اکنون توجه داشته باشید که چگونه سه مبنای ما بازپرداخت می شود! به عنوان مثال ، برای بدست آوردن رول DOF ، ما به سادگی یک واحد را در سمت چپ پایین می آوریم ، در حالی که یک واحد را در سمت راست بالا می بریم و برعکس در جهت دیگر. همچنین مهم است که فیلتر نویز را از صفحه لمسی خود به اندازه کافی خوب انجام داده باشید. این امر برای داشتن اطلاعات خوب برای ورود به PID بسیار مهم است.

مرحله 6: تنظیم خوب و لذت بردن

مرحله آزمایش در واقع فقط برای حذف اشکالات بود. در اینجا ، ما روی تنظیم دقیق سیستم کنترل تمرکز می کنیم. این کار با الگوریتم از پیش تعیین شده به بهترین شکل انجام می شود. مورد علاقه من این است که مانند یک مشکل میرایی مهم به آن نزدیک شوم ، آهم! من فیزیکدان هستم! بنابراین شما مدت میرایی را خاموش می کنید! یعنی عبارت مشتق شده ، که مانند یک عبارت درگ عمل می کند. حالا توپ به طرز وحشیانه ای نوسان می کند! با این حال ، هدف این است که نوسانات را تا آنجا که ممکن است به هارمونیک نزدیک کنید ، تا آنجا که می توانید رشد نکنید یا پوسیدگی نداشته باشید. پس از انجام این کار ، عبارت مشتق را روشن کرده و تنظیم می کنید تا در اسرع وقت به حالت تعادل برسد. این زمانی است که میرایی بحرانی حاصل می شود. با این حال ، اگر این کار نمی کند ، بسیاری دیگر از برنامه های تنظیم خوب برای سیستم های کنترل PID وجود دارد. من این را در ویکی پدیا ، تحت کنترل PID ، پیدا کردم. از اینکه به پروژه من نگاه کردید بسیار سپاسگزارم ، و لطفاً با هر گونه س questionsالی تماس بگیرید ، خوشحال می شوم به س questionsالات شما پاسخ دهم. توجه ویژه: من می خواهم اشاره کنم که این پروژه از ابتدا تا انتها توسط Miracle Max Guerrro و خودم در کمتر از چهار هفته انجام شد ، از جمله انتظار برای دو هفته برای صفحه جدید که در گمرک گیر کرده بود ، پس از اولین ما شکست. بنابراین لطفاً عذرخواهی کنید که از عملکرد کامل دور است. هک مبارک!