Ball Balancer et PID Fiddler : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Ce projet est présenté pour les personnes qui ont de l'expérience avec l'utilisation d'un Arduino. Une connaissance préalable de l'utilisation des servos, des écrans OLED, des pots, des boutons, de la soudure sera utile. Ce projet utilise des pièces imprimées en 3D.

Ball Balancer est un banc d'essai PID pour expérimenter le réglage PID. PID Fiddler est une télécommande pour ajuster le réglage PID.

Un PID est utilisé lorsque vous avez besoin de plus de contrôle du mouvement. Un bon exemple est un robot d'équilibrage. Le robot doit faire de petits ajustements pour maintenir l'équilibre et une réponse rapide pour se rattraper s'il rencontre une bosse ou une poussée. Un PID peut être utilisé pour régler la réponse des moteurs de roue afin de maintenir l'équilibre.

Un PID nécessite un retour d'informations d'un capteur. Un robot d'équilibrage utilise des gyroscopes et des accéléromètres pour mesurer l'angle absolu du robot. La sortie du capteur est utilisée par le PID pour contrôler les moteurs afin de maintenir l'équilibre.

Alors pourquoi ai-je fait un équilibreur de balle ennuyeux? Bien sûr, c'est cool, mais les robots d'équilibrage basculent lorsqu'ils ne sont pas réglés correctement. Les robots d'équilibrage ne sont pas le meilleur appareil pour expérimenter le réglage PID. L'équilibreur à billes est beaucoup plus stable et constitue un bon outil visuel pour voir les effets du réglage PID. Les connaissances acquises lors du réglage de l'équilibreur à billes peuvent être appliquées au réglage d'un robot d'équilibrage.

Le Ball Balancer est un rail sur un point de pivot. Sur le rail se trouve une balle qui se déplace d'avant en arrière sur le rail lorsque le rail est basculé. Le rail est basculé avec un servo. À l'extrémité du rail se trouve un capteur qui mesure la distance entre la balle et le capteur. L'entrée du PID est la distance entre la balle et le capteur, et la sortie du PID est le servo qui fait basculer le rail et déplace la balle.

J'utilise la bibliothèque Arduino PID.

Le PID Fiddler est ce que j'utilise pour régler les valeurs PID. Vous n'en avez pas besoin, mais ça aide. Le PID Fiddler est éloigné du Ball Balancer, il se connecte avec seulement deux fils et peut être connecté et déconnecté pendant que le Ball Balancer est en marche. Une fois que vous avez trouvé les meilleures valeurs, les valeurs peuvent être codées en dur dans l'esquisse de votre projet.

L'effort supplémentaire de faire le PID Fiddler est rentable en temps qu'il faut pour apporter des modifications de réglage au PID. Vous pouvez rapidement voir les résultats de vos modifications. Et il peut être réutilisé sur de futurs projets utilisant des PID. Sans oublier qu'il est amusant à construire et qu'il a l'air cool !

Étape 1: Ball Balancer - Pièces

Pièces imprimées en 3D trouvées ici:

(Les instructions d'assemblage se trouvent dans les instructions de post-impression dans le lien ci-dessus)

1 - Angle en aluminium 1" x 1/8", coupé à 500 mm de longueur.

1 - Capteur de distance de temps de vol Adafruit VL53L0X:

1 - Servo Hobby avec guignol

1 - Fil rigide pour tringlerie (environ 7mm)

- Divers. Vis de montage

1- Arduino Uno

2 - LED (rouge, verte)

3 - résistances 330 Ohm

- Divers. Fils de cavalier et planche à pain

- Peinture en aérosol noir mat

1 - Balle de Ping Pong Blanche

Étape 2: Ball Balancer - Assemblage

Les instructions de montage pour le Ball Balancer se trouvent ici:

Quelques conseils supplémentaires:

Pulvérisez de la peinture à l'intérieur du rail en noir mat pour réduire les erreurs du capteur.

Liaison (montré dans l'image ci-dessus):

- Utilisez un fil rigide d'environ 7 mm de long pour la liaison entre le palonnier de la servocommande et le support du capteur.

- Mettre le rail à niveau, placer le guignol horizontal au milieu du mouvement du servo (valeur du servo 90).

- Pliez une petite boucle en haut du fil et un coude en forme de z en bas du fil.

- Insérez l'extrémité z dans le guignol, marquez le point au centre de la boucle sur le support du capteur.

- Percez un petit trou et utilisez une petite vis pour fixer le fil au support du capteur.

Étape 3: Câblage de l'équilibreur à billes et croquis Arduino

Reportez-vous à l'image ci-dessus pour le câblage.

Utilisez une alimentation séparée pour le servo. Il peut s'agir d'une alimentation de banc ou d'une batterie. J'utilise une alimentation de banc réglée sur 5V.

Le PID Fiddler sera relié par deux fils, un à la broche 1 (Serial RX) et un à la terre.

Le croquis est fourni.

Notes de croquis: La valeur du point de consigne passera de 200 mm à 300 mm toutes les 15 secondes. Il est utile d'utiliser le moniteur série sur l'IDE Arduino pour voir la sortie du capteur.

Étape 4: PID Fiddler 2 - Pièces

Le bouclier et les boutons imprimés en 3D se trouvent ici:

4 - 10 pots Kohm

1- Boutons de contact momentané:

1- Écran graphique Adafruit monochrome 128x32 I2C OLED:

1- Arduino Uno

- divers ping d'en-tête (.1 in), borniers, fil de raccordement

Étape 5: Pid Fiddler 2 - Câblage, assemblage et croquis Arduino

Utilisez le schéma de câblage pour le câblage du blindage.

Conseils d'assemblage:

-Pour des conseils sur la fabrication de circuits imprimés personnalisés, voir mon instructable:

- En-têtes de super colle sur le bouclier imprimé en 3D.

- J'utilise du fil d'enroulement.

- Utilisez des pots à fond carré et coupez les languettes de montage, collez-les à chaud en place.

- Les composants sont soudés. Utilisez un connecteur femelle pour l'OLED, et l'OLED peut être facilement débranché et retiré pour être utilisé dans d'autres projets.

Notes de croquis:

- Connectez un fil du bornier (câblé à la broche 2, TX) à la broche 1 (série RX) du Ball Balancer Arduino. Connectez un fil entre le bornier (terre) à la terre du Ball Balancer Arduino.

- Maintenez le bouton enfoncé, ajustez les boutons pour ajuster les paramètres PID, relâchez le bouton pour envoyer les valeurs au Ball Balancer.

Étape 6: Utilisation de Ball Balancer et PID Fiddler

Il ne reste plus qu'à commencer à jouer avec !

- Placer la balle sur le rail.

- Maintenez le bouton enfoncé sur le PID Fiddler, réglez P, I et D à zéro, ST à 200 pour commencer.

- Le servo cessera de répondre.

- Maintenant, commencez à expérimenter avec différentes valeurs P, I et D pour voir comment cela affecte la réponse et le mouvement de la balle.

- Essayez de changer les valeurs pour le temps d'échantillonnage (ST). Le temps d'échantillonnage est le temps en millisecondes pendant lequel l'entrée est collectée. Les valeurs sont moyennées sur le temps d'échantillonnage. La sortie du capteur d'une cible immobile variera légèrement. Si le temps d'échantillonnage est trop petit, la sortie du PID « scintillera ». Le PID essaie de corriger le bruit dans les lectures du capteur. L'utilisation de temps d'échantillonnage plus longs atténuera le bruit, mais la sortie du PID deviendra saccadée.

Étape 7:

Non utilisé