Ball Balancer y PID Fiddler: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Este proyecto se presenta para personas que tienen experiencia en el uso de un Arduino. Será útil tener conocimientos previos sobre el uso de servos, pantallas OLED, ollas, botones, soldadura. Este proyecto utiliza piezas impresas en 3D.

Ball Balancer es un banco de pruebas PID para experimentar con el ajuste PID. PID Fiddler es un control remoto para ajustar la sintonización PID.

Se usa un PID cuando necesita más control del movimiento. Un buen ejemplo es un robot equilibrador. El robot necesita hacer pequeños ajustes para mantener el equilibrio y una respuesta rápida para agarrarse si encuentra un golpe o un empujón. Se puede usar un PID para ajustar la respuesta de los motores de las ruedas para mantener el equilibrio.

Un PID requiere retroalimentación de un sensor. Un robot de equilibrio utiliza giroscopios y acelerómetros para medir el ángulo absoluto del robot. El PID utiliza la salida del sensor para controlar los motores y mantener el equilibrio.

Entonces, ¿por qué hice un equilibrador de bolas aburrido? Claro que es genial, pero los robots de equilibrio se vuelcan cuando no están sintonizados correctamente. Los robots de equilibrio no son el mejor dispositivo para experimentar con el ajuste de PID. El balanceador de bolas es mucho más estable y es una buena herramienta visual para ver los efectos del ajuste de PID. El conocimiento adquirido al ajustar el equilibrador de bolas se puede aplicar al ajuste de un robot equilibrador.

El Ball Balancer es un riel sobre un punto de pivote. En el riel hay una bola que se mueve hacia adelante y hacia atrás en el riel cuando el riel se inclina. El riel está inclinado con un servo. En el extremo del riel hay un sensor que mide la distancia entre la bola y el sensor. La entrada al PID es la distancia de la bola al sensor, y la salida del PID es el servo que inclina el riel y mueve la bola.

Estoy usando la biblioteca PID de Arduino.

El PID Fiddler es lo que utilizo para ajustar los valores PID. No necesita uno, pero ayuda. El PID Fiddler está alejado del Ball Balancer, se conecta con solo dos cables y se puede conectar y desconectar mientras el Ball Balancer está en funcionamiento. Una vez que encuentre los mejores valores, los valores se pueden codificar en el boceto de su proyecto.

El esfuerzo adicional de hacer que el PID Fiddler se amortice en el tiempo que lleva realizar cambios de ajuste en el PID. Puede ver rápidamente los resultados de sus cambios. Y se puede reutilizar en proyectos futuros que utilicen PID. ¡Sin mencionar que es divertido de construir y se ve genial!

Paso 1: Balanceador de bolas - Piezas

Piezas impresas en 3D que se encuentran aquí:

(Las instrucciones de montaje se encuentran en las instrucciones posteriores a la impresión en el enlace de arriba)

Ángulo de aluminio de 1 - 1 "x 1/8", cortado a 500 mm de longitud.

1 - Adafruit VL53L0X Sensor de distancia de tiempo de vuelo:

1 - Hobby Servo con bocina de control

1 - Cable rígido para enlace (aproximadamente 7 mm)

- Misc. Tornillos de montaje

1- Arduino Uno

2 - LED (rojo, verde)

3 resistencias de 330 ohmios

- Misc. Cables de puente y placa de pruebas

- Pintura en aerosol negra mate

1 - Pelota de ping pong blanca

Paso 2: Balanceador de bolas - Montaje

Las instrucciones de montaje del Ball Balancer se encuentran aquí:

Algunos consejos adicionales:

Rocíe con pintura el interior del riel negro plano para reducir el error del sensor.

Enlace (se muestra en la imagen de arriba):

- Utilice un cable rígido de unos 7 mm de longitud para conectar la bocina de servocontrol y el soporte del sensor.

- Nivele el riel, coloque la bocina de control en posición horizontal en el punto medio del movimiento del servo (valor del servo 90).

- Doble un pequeño bucle en la parte superior del cable y un doblez en forma de z en la parte inferior del cable.

- Coloque el extremo z en la bocina de control, marque el punto en el centro del bucle en el soporte del sensor.

- Taladre un agujero pequeño y use un tornillo pequeño para sujetar el cable al soporte del sensor.

Paso 3: cableado del balanceador de bolas y boceto de Arduino

Consulte la imagen de arriba para conocer el cableado.

Utilice una fuente de alimentación independiente para el servo. Puede ser una fuente de alimentación de banco o un paquete de baterías. Estoy usando una fuente de alimentación de banco fijada a 5V.

El PID Fiddler se conectará mediante dos cables, uno al pin 1 (Serial RX) y otro a tierra.

Se proporciona el boceto.

Notas del boceto: El valor del punto de ajuste cambiará de 200 mm a 300 mm cada 15 segundos. Es útil usar el monitor serial en el IDE de Arduino para ver la salida del sensor.

Paso 4: PID Fiddler 2 - Piezas

El escudo y las perillas impresos en 3D se encuentran aquí:

4 - macetas de 10 Kohm

1- Botones de contacto momentáneo:

1- Pantalla gráfica OLED I2C monocromática de Adafruit 128x32:

1- Arduino Uno

- misc. ping del encabezado (.1 in), bloques de terminales, cable de conexión

Paso 5: Pid Fiddler 2: cableado, ensamblaje y boceto de Arduino

Utilice el diagrama de cableado para cablear el blindaje.

Consejos de montaje:

- Para obtener consejos sobre cómo hacer placas de circuito personalizadas, consulte mis instrucciones:

- Encabezados de súper pegamento en el escudo impreso en 3D.

- Yo uso alambre enrollado.

- Use macetas de fondo cuadrado y corte las lengüetas de montaje, péguelas en caliente en su lugar.

- Los componentes están soldados. Utilice un cabezal hembra para el OLED, y el OLED se puede desenchufar y quitar fácilmente para usarlo en otros proyectos.

Notas del bosquejo:

- Conecte un cable del bloque de terminales (conectado al pin 2, TX) al pin 1 (RX en serie) del Ball Balancer Arduino. Conecte un cable entre el bloque de terminales (tierra) a la tierra del Ball Balancer Arduino.

- Mantenga presionado el botón, ajuste las perillas para ajustar la configuración de PID, suelte el botón para enviar los valores al Ball Balancer.

Paso 6: uso de Ball Balancer y PID Fiddler

¡Lo único que queda es empezar a jugar con él!

- Coloca la bola en la barandilla.

- Mantenga presionado el botón en el PID Fiddler, configure P, I y D en cero, ST en 200 para comenzar.

- El servo dejará de responder.

- Ahora comience a experimentar con diferentes valores de P, I y D para ver cómo afecta la respuesta y el movimiento de la pelota.

- Intente cambiar los valores de Sample Time (ST). El tiempo de muestra es el tiempo en milisegundos que se recopila la entrada. Los valores se promedian durante el tiempo de muestreo. La salida del sensor de un objetivo inmóvil variará en una pequeña cantidad. Si el tiempo de muestreo es demasiado pequeño, la salida del PID se "fluctuará". El PID está tratando de corregir el ruido en las lecturas del sensor. El uso de tiempos de muestreo más largos suavizará el ruido, pero la salida del PID se volverá entrecortada.

Paso 7:

No utilizado