पीआईडी नियंत्रित बॉल बैलेंसिंग स्टीवर्ट प्लेटफार्म: 6 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

प्रेरणा और समग्र अवधारणा:

प्रशिक्षण में एक भौतिक विज्ञानी के रूप में, मैं स्वाभाविक रूप से भौतिक प्रणालियों के प्रति आकर्षित और समझने की कोशिश करता हूं। मुझे जटिल समस्याओं को उनके सबसे बुनियादी और आवश्यक अवयवों में तोड़कर हल करने के लिए प्रशिक्षित किया गया है, फिर वहां से समस्या का निर्माण किया गया है। हालांकि मैं पहले सिद्धांतों से यांत्रिकी और विद्युत चुंबकत्व सीख रहा हूं, मुझे अभी तक किसी भौतिक अनुप्रयोग में उनका उपयोग नहीं करना है। अंत में मुझे एक रोबोट बनाकर यह अवसर प्राप्त होगा जो स्वचालित नियंत्रण सिद्धांत का उपयोग करके एक फ्लैट, पूरी तरह से नियंत्रित प्लेटफॉर्म पर एक गेंद को स्वायत्त रूप से संतुलित करने के लिए उपयोग करता है!

इसमें कैसे-कैसे; जो तकनीकी रूप से जानकार हैकर, प्रोग्रामर या इंजीनियर के लिए है, हम अपने माइक्रोकंट्रोलर प्लेटफॉर्म के रूप में एक Arduino Uno का उपयोग करेंगे। क्लोज्ड फीडबैक लूप सबसे पहले तब शुरू होता है जब उसे एक फ्लैट टच रेसिस्टिव स्क्रीन पर पड़ी एक ठोस धातु बॉल बेयरिंग की स्थिति का पता चलता है, जो गेंदों को तत्काल स्थिति में वापस फीड करती है। इस स्थिति को तब आनुपातिक-अभिन्न-व्युत्पन्न (पीआईडी) नियंत्रक में खिलाया जाता है, जिसे हमने Arduino Uno में प्रोग्राम किया है। मैंने इस कोड को ओपन सोर्स बनाया है और प्रोजेक्ट में लिंक किया है। नियंत्रक को गेंद को टेबल पर किसी भी उपयोगकर्ता द्वारा चुनी गई स्थिति में बहाल करने का काम सौंपा जाता है, भले ही वह काफी परेशान हो। हम जिस स्ट्रक्चरल सपोर्टिंग प्लेटफॉर्म का उपयोग कर रहे हैं, उसे "स्टीवर्ट प्लेटफॉर्म" के रूप में जाना जाता है, और यह सर्वो मोटर्स द्वारा संचालित छह स्वतंत्र कनेक्टिंग रॉड्स द्वारा समर्थित है जो छह डिग्री तक की स्वतंत्रता प्रदान करेगा; एक्स, वाई और जेड अनुवाद, रोल, पिच और यॉ (क्रमशः एक्स, वाई, और जेड अक्ष के बारे में घूर्णन)। इस तरह के एक उच्च मोबाइल प्लेटफॉर्म का निर्माण और प्रोग्रामिंग अपनी चुनौतियों को प्रस्तुत करता है, इसलिए इस परियोजना के लिए, हम केवल पिच और रोल डिग्री की स्वतंत्रता का आह्वान करेंगे, अन्य को कार्यक्षमता के वैकल्पिक उन्नयन के रूप में छोड़कर, यदि उपयोगकर्ता ऐसा चाहता है। मंच के साथ-साथ स्थिर उपयोगकर्ता परिभाषित पदों के किसी भी सेट में गेंद को ले जाने के साथ, उन्नत प्रोग्रामर प्रोग्राम को बढ़ाने में आसान पाएंगे और उपयोगकर्ता के अर्ध-निरंतर ट्रेस के साथ हमारी स्थिर, उपयोगकर्ता परिभाषित स्थिति को बदलकर कुछ पैनैश जोड़ देंगे। परिभाषित पथ, जैसे कि एक आंकड़ा आठ, वृत्ताकार प्रक्षेपवक्र, कर्सिव में आपका नाम, या मेरा पसंदीदा किसी के अपने मोबाइल डिवाइस पर किसी की लेखनी या उंगली की लाइव स्ट्रीम! हैप्पी हैकिंग!

चरण 1: सामग्री प्राप्त करें

सामग्री की जरूरत:

1. 1/4 "और 1/8" एक्रिलिक की कुछ चादरें

2. 6 - सर्वो मोटर्स (हमने HS5485HB सर्वो का इस्तेमाल किया)

3. 6 - थ्रेडेड (समायोज्य) कनेक्टिंग रॉड्स

4. 6 - समायोजन के लिए कई छेदों के साथ सीएनसी मशीनीकृत सर्वो आर्म

5. 12 - हेम संयुक्त रॉड समाप्त होता है

6. 6 - छड़ (समायोज्य)

7. 1- 17” फाइव वायर रेसिस्टिव टच स्क्रीन पैनल यूएसबी किट (बॉल बेयरिंग की सेंस पोजीशन)

चरण 2: सामग्री तैयार करें

ऐक्रेलिक कट पाने का सबसे अच्छा तरीका एक लेजर कैम का उपयोग करना है। किसी एक तक पहुंचना मुश्किल हो सकता है, इसलिए आप जिस भी कटिंग टूल्स से परिचित हैं, ठीक से प्रशिक्षित हैं, और सुरक्षित रूप से काम कर सकते हैं, उसका उपयोग करके ऐक्रेलिक को आसानी से काटा जा सकता है। उदाहरण के लिए, अगर मैं इसे घर पर कर रहा होता, तो मैं हाथ से निपटने वाली आरी का उपयोग करता। स्टीवर्ट प्लेटफॉर्म का समग्र आकार मेरे द्वारा बनाए गए मॉडल से बिल्कुल मेल नहीं खाता है। हालाँकि, मैं कुछ सरल अवसरों की ओर इशारा करना चाहता हूँ। सबसे पहले, मानक दो के बजाय तीन आधारों का उपयोग करके पिच और रोल डिग्री की स्वतंत्रता को मैप करना बहुत आसान है। यह कनेक्टिंग रॉड्स के अटैचमेंट को वास्तविक प्लेटफॉर्म से एक समबाहु त्रिभुज बनाकर किया जाता है। यह आपको स्क्रैच से पिच और रोल डिग्री (डीओएफ) खोजने की सभी जटिलताओं की उपेक्षा करने की अनुमति देता है, इसके बजाय हम 3 गैर-रैखिक रूप से स्वतंत्र "आधार" का उपयोग करते हैं जो कि त्रिभुज के उस कोने का नक्शा है जो ऊपर जा रहा है। इस आधार पर निर्देशांक लिखना आपके या मेरे लिए चुनौतीपूर्ण होगा, लेकिन इन आधारों की अन्योन्याश्रयता को कोड द्वारा आसानी से नियंत्रित किया जाता है। यह सरलीकृत धारणा ज्यामिति की सभी पेचीदगियों की उपेक्षा करने की कुंजी है। विवरण के लिए चित्र एमएस पेंट ग्राफिक और व्हाइटबोर्ड चित्र देखें।

एक बार टुकड़े कट जाने के बाद, आपको सभी छेदों को ड्रिल करने की आवश्यकता होगी, जहां आपकी कनेक्टिंग रॉड और बॉल जोड़ जुड़ते हैं। छेद के आकार को आपके द्वारा उपयोग किए जा रहे उचित हार्डवेयर से मिलान करने के लिए सावधान रहें। आपके चुने हुए फास्टनरों का काम करना महत्वपूर्ण है। छेद के आकार इस बात पर आधारित होते हैं कि आपको अपने फास्टनर के लिए किस आकार के नल की आवश्यकता होगी। ऐसा करने के लिए, विशिष्ट टैप आकार, पिच और थ्रेड प्रकार (ठीक बनाम पाठ्यक्रम) के लिए एक ऑनलाइन संदर्भ खोजें। मैं ऐक्रेलिक के लिए पाठ्यक्रम धागे की सलाह देता हूं, लेकिन अगर आपको ठीक धागे का उपयोग करना चाहिए, तो यह काम करना चाहिए, क्योंकि हमने वैसे भी क्या इस्तेमाल किया था। अब विधानसभा में जाने का समय है।

चरण 3: सामग्री इकट्ठा करें

कल्पना करने के लिए सामग्री को सावधानीपूर्वक इकट्ठा करें। विशेष रूप से सावधान रहें कि कोई भी पेंच न छीनें। एक बार यह हो जाने के बाद, आपको या तो बड़े छेदों को आकार देकर और ड्रिल करके और उन्हें टैप करके हार्डवेयर को बदलना होगा, या आपको ऐक्रेलिक के एक नए टुकड़े को काटने की आवश्यकता होगी। स्पर्श प्रतिरोधी स्क्रीन से सावधान रहने के लिए भी ध्यान दें। नाजुक है!!! आखिर यह कांच की एक पतली परत है। ध्यान दें कि हमारा खुद एक दुर्घटना हुई थी।

चरण 4: प्रोग्रामिंग

प्रोग्रामिंग में कुछ समय लग सकता है। यह वह जगह है जहां आपके प्रोग्रामिंग कौशल वास्तव में भुगतान कर सकते हैं। आपको स्क्रैच से कोड लिखने में सक्षम होने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन यदि आप संशोधित करने के लिए एक अच्छी तरह से टिप्पणी और संगठित स्रोत कोड पा सकते हैं, तो यह जीवन को इतना आसान बना देता है। यहां हमारे स्रोत कोड का लिंक दिया गया है: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, अपनी मदद करें! यह निश्चित रूप से अनुकूलित नहीं है, लेकिन काम पूरा हो गया है! याद रखें कि हम नियंत्रण मानचित्र के लिए तीन अलग-अलग गैर-ऑर्थोगनल, गैर-रैखिक रूप से स्वतंत्र आधार का उपयोग कर रहे हैं। हम बस एक्स, वाई में सब कुछ पढ़ रहे हैं और ए, बी, और सी के लिए मैपिंग कर रहे हैं। इस प्रतिक्रिया को विश्व स्तर पर समायोजित करने के लिए समायोजित किया जाता है कि हम सिस्टम को कितना कम या ज्यादा प्रतिक्रिया देना चाहते हैं।

चरण 5: परीक्षण

यहां हम स्वतंत्रता की डिग्री का परीक्षण करते हैं। अब ध्यान दें कि हमारे तीन आधार भुगतान कैसे करते हैं! उदाहरण के लिए, रोल डीओएफ प्राप्त करने के लिए, हम बाईं ओर एक इकाई नीचे जाते हैं, जबकि दाईं ओर एक इकाई ऊपर जाते हैं, और दूसरी दिशा के लिए इसके विपरीत। अपनी टच स्क्रीन से शोर को फ़िल्टर करने के लिए पर्याप्त रूप से अच्छा काम करना भी महत्वपूर्ण है। आपके पीआईडी में फीड करने के लिए अच्छा डेटा होना महत्वपूर्ण है।

चरण 6: ठीक ट्यून और आनंद लें

परीक्षण चरण वास्तव में केवल बग को बाहर निकालने के लिए था। यहां, हम नियंत्रण प्रणाली को ठीक करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं। यह एक प्रीसेट एल्गोरिथम के साथ सबसे अच्छा किया जाता है। मेरा पसंदीदा यह है कि इसे एक गंभीर भीगने वाली समस्या की तरह देखें, अहम! मैं एक भौतिक विज्ञानी हूँ! तो आप भीगने की अवधि को बंद कर दें! यानी डेरिवेटिव टर्म, जो ड्रैग टर्म की तरह काम करता है। अब गेंद बेतहाशा दोलन करेगी! हालांकि, लक्ष्य यह है कि दोलनों को जितना संभव हो सके हार्मोनिक के करीब होना चाहिए, न कि बढ़ना या सड़ना, जितना आप कर सकते हैं। एक बार यह हो जाने के बाद, आप व्युत्पन्न पद को चालू करते हैं, और तब तक समायोजित करते हैं जब तक कि यह जितनी जल्दी हो सके संतुलन में वापस न आ जाए। यह तब होता है जब महत्वपूर्ण भीगना हासिल किया जाता है। हालांकि, अगर यह काम नहीं करता है तो पीआईडी नियंत्रित सिस्टम के लिए कई अन्य अच्छी तरह से सिद्ध ट्यूनिंग योजनाएं हैं। मैंने इसे विकिपीडिया पर, पीआईडी नियंत्रक के तहत पाया। मेरे प्रोजेक्ट पर एक नज़र डालने के लिए बहुत-बहुत धन्यवाद, और कृपया किसी भी प्रश्न के साथ संपर्क करें, मुझे आपके किसी भी प्रश्न का उत्तर देने में खुशी होगी। विशेष नोट: मैं यह बताना चाहता हूं कि यह परियोजना शुरू से अंत तक मिरेकल मैक्स ग्युरेरो द्वारा की गई थी, और मैंने केवल चार सप्ताह के भीतर, एक नई स्क्रीन के लिए दो सप्ताह तक प्रतीक्षा करने सहित, जो हमारे पहले एक के बाद रीति-रिवाजों में फंस गई थी। तोड़ दिया। तो कृपया क्षमा करें यह सही प्रदर्शन से बहुत दूर है। हैप्पी हैकिंग!