總覽

在這篇文章中，我們將看到如何實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的非常精確的位置控制。我們使用Arduino和PID計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單直流電機(jī)的精確位置控制。

這樣的小項(xiàng)目非常有趣，您可以通過(guò)構(gòu)建該項(xiàng)目來(lái)學(xué)習(xí)許多概念，例如PID，閉環(huán)系統(tǒng)和編碼器基礎(chǔ)。

首先，我想向您簡(jiǎn)要介紹什么是PID，因?yàn)檫@將幫助您進(jìn)一步了解這些內(nèi)容。

PID

PID代表比例微分和積分計(jì)算

PID是編程的一部分，在該部分上，控制器將執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算，并根據(jù)過(guò)程的反饋來(lái)操縱輸出。

PID有4個(gè)關(guān)鍵值：
1. PV（過(guò)程值）或反饋
2. SV（設(shè)定值）
3.錯(cuò)誤
4.輸出

PID圖

PID的基本工作如下，我不想進(jìn)行復(fù)雜的算術(shù)公式，因?yàn)槲蚁氡３趾?jiǎn)單。

PID嘗試使PV盡可能接近SV。
誤差= SV-PV誤差是設(shè)定值與過(guò)程值之間的差值，
而輸出直接是誤差的先決條件，換句話說(shuō)，如果誤差為正，則誤差為正，如果誤差為負(fù)，則輸出與正的差越大，輸出就越大。輸出為負(fù)。隨著PV越來(lái)越接近SV，誤差變得越來(lái)越小，因此輸出也越來(lái)越小，因此，我們獲得了干凈而精確的輸出。

這是一個(gè)真實(shí)的例子。

假設(shè)我告訴您，在直路上行駛1公里以下的不中斷汽車(chē)，因?yàn)槟鷽](méi)有間斷，因此油門(mén)就可以用來(lái)控制汽車(chē)，因此您上車(chē)時(shí)按住油門(mén)并加速一會(huì)兒，然后釋放油門(mén)減速并逐漸停在1公里處。
這就是您所做的全部，我們可以稱其為PID控制。PID知道如何在到達(dá)SP之前操縱輸出。

Kp，Ki，Kd是可以微調(diào)PID控制器的參數(shù)，這些參數(shù)可以控制過(guò)沖下沖振蕩。

假設(shè)一個(gè)微控制器在沒(méi)有PID的情況下驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，它將啟動(dòng)汽車(chē)并繼續(xù)加速直至到達(dá)1公里。

然后放開(kāi)油門(mén)，使動(dòng)車(chē)?yán)^續(xù)行駛并逐漸停止，直至超過(guò)我們?cè)O(shè)定的1公里。

然后，微控制器再次使汽車(chē)反轉(zhuǎn)，并在他回到1公里點(diǎn)時(shí)加速，再次釋放油門(mén)，同樣的事情由于動(dòng)量而繼續(xù)向后移動(dòng)，這樣的循環(huán)一次又一次地重復(fù)。

您可以想像，現(xiàn)在幾乎沒(méi)有控制器可以在沒(méi)有PID的情況下將汽車(chē)停在固定點(diǎn)

以下是了解PID平滑運(yùn)動(dòng)外觀的視覺(jué)效果。

這個(gè)怎么運(yùn)作？

雙軸簡(jiǎn)單直流齒輪電動(dòng)機(jī)的一側(cè)與編碼器的軸連接，另一側(cè)與指針連接，該指針指向量角器上標(biāo)記的角度，編碼器與中斷引腳上的arduino連接，并通過(guò)L293D電動(dòng)機(jī)IC驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)， HC-05模塊用于將我們的系統(tǒng)與android設(shè)備連接

當(dāng)我們從android設(shè)備arduino發(fā)送角度設(shè)定值接收數(shù)據(jù)并運(yùn)行電機(jī)時(shí)，編碼器將脈沖與要求匹配時(shí)，編碼器會(huì)按照預(yù)定義的計(jì)算將實(shí)時(shí)位置反饋發(fā)送到arduino，這意味著指針到達(dá)所需位置arduinuo在這種情況下停止直流電機(jī)。所有過(guò)程均由PID控制，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)，干凈的運(yùn)動(dòng)。

例如，在這里我們使用了一個(gè)光學(xué)編碼器，該編碼器可以提供1600躍遷脈沖以進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，因此，如果我們想將指針旋轉(zhuǎn)到90度，那么來(lái)自編碼器的1600/360 x 90 = 400脈沖將告訴我們它移動(dòng)了90度。

組件

我使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的BO電機(jī)，將光編碼器連接到其軸上，將360度量角器用作秤HC-05 bt模塊，用于連接arduino和android設(shè)備，并使用android手機(jī)運(yùn)行android app發(fā)送角度設(shè)置指向arduino

以下是產(chǎn)品鏈接，以防萬(wàn)一您需要購(gòu)買(mǎi)

Arduino的

直流電動(dòng)機(jī)

量角器

L293d IC

光學(xué)編碼器

我3d打印了一些土墩電機(jī)和編碼器零件，我也3d打印了指針，您可以在下面的鏈接中找到3D文件。
https://www.thingiverse.com/thing:3221695

光學(xué)編碼器

我在這里使用了一個(gè)400 ppr 2相增量式光學(xué)編碼器，該編碼器可以為每個(gè)演進(jìn)提供1600平移的參考，意味著每個(gè)相位800個(gè)過(guò)渡，我們需要連接連接到A相和B相的上拉電阻，因?yàn)槲覀儾荒苁挂_懸空以避免任何問(wèn)題。干擾，在我們的案例中，我們使用的是arduino，它具有內(nèi)置的上拉電阻器功能，只需要從代碼中激活即可。

pinMode （encoderPin1，INPUT_PULLUP ）;

pinMode （encoderPin2，INPUT_PULLUP ）;

要了解有關(guān)編碼器的更多信息，請(qǐng)閱讀上期推文

電路圖

進(jìn)行上圖所示的接線，編碼器綠色和白色導(dǎo)線必須連接到arduino的中斷引腳，即數(shù)字引腳2和3。

在這里，我使用了L293D H橋式電動(dòng)機(jī)控制IC，它可以控制直流電動(dòng)機(jī)。工作在5V至36V的電壓范圍內(nèi)，它可以處理每個(gè)通道1A的電流，每個(gè)通道2A的峰值，必須將HC-05 BT模塊連接到arduino的串行引腳（TX，RX）引腳0和1。
我用了9V電池為電動(dòng)機(jī)供電。

源代碼

在開(kāi)始編碼之前，您必須先安裝一個(gè)PID庫(kù)（https://github.com/br3ttb/Arduino-PID-Library/archive/master.zip ），
該庫(kù)由br3ttb提供（https://github.com/br3ttb/Arduino-PID-Library），是一個(gè)出色的庫(kù)，它非常易于使用，并且可以使用。

如上面的視頻和圖像所示，首先我借助3D打印的聯(lián)軸器和3D打印的安裝支架連接編碼器和直流電動(dòng)機(jī)，然后借助M3 X 10螺栓將安裝支架固定在編碼器上。

在支架I的另一側(cè)上，通過(guò)這種方式將直流電動(dòng)機(jī)粘到直流編碼器軸上，直流編碼器軸與直流編碼器軸一起移動(dòng)，并繼續(xù)向arduino提供位置參考

現(xiàn)在，我?guī)Я艘粋€(gè)大的360度保護(hù)器，并在中心鉆了一個(gè)孔，以便可以將其安裝在直流電動(dòng)機(jī)軸上?，F(xiàn)在，我在電動(dòng)機(jī)的另一軸上連接了3D打印指針，該指針指出了直流電動(dòng)機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)角度。

我有一塊可用的PCB，可以連接直流電動(dòng)機(jī)，L293d IC和HC-05模塊，該P(yáng)CB可以用作arduino uno屏蔽，可以直接安裝在Arduino UNO上。

一旦我們完成了所有組件的組裝，就可以運(yùn)行該項(xiàng)目，因此我們需要一個(gè)android設(shè)備和android應(yīng)用，您可以從下面的鏈接下載android應(yīng)用和可編輯的.aia文件

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