Làm thế nào để làm một bộ điều khiển PID theo hướng dẫn arduino-by-step

Học cách tạo ra chữ ABộ điều khiển PIDTại Arduino với hướng dẫn toàn diện này. Hãy thực hiện từng bước để xây dựng, code, và điều chỉnh bộ điều khiển PID cho hiệu suất tối ưu.

  1. Giới thiệu

Bộ điều khiển PID là một cơ chế thiết yếu được sử dụng trên các ứng dụng kỹ thuật để đạt được độ ổn định và hiệu suất của hệ thống bằng cách giảm thiểu bất kỳ độ lệch nào giữa điểm đặt mong muốn và đầu ra thực tế của các hệ thống. Trong tập này, We' ll đi qua cách bạn có thể tự tạo một bản thân bằng cách sử dụng Arduino với mỗi bước được giải thích hoàn toàn đảm bảo sự hiểu biết đầy đủ.

  2. Những thành phần cần thiết

Để xây dựng một bộ điều khiển PID với Arduino, những mục sau đây sẽ là cần thiết: * Một bảng Arduino như Uno là cần thiết

* Cảm biến (ví dụ: cảm biến nhiệt độ và điện trở quang).

* Bộ truyền động (như động cơ và ĐÈN LED)

* Breadboard with jumper wire *

* Cung cấp năng lượng * Arduino IDE (phần mềm)

  3. Thư viện PID (Software).

Trước khi bắt đầu: thiết lập môi trường Arduino trước khi bắt tay vào dự án của bạn, đảm bảo Arduino IDE đã được tải xuống máy tính của bạn từ trang web chính thức - sau đó cài đặt và thêm thư viện PID, cung cấp các chức năng được thiết kế đặc biệt để quản lý điều khiển PID một cách dễ dàng.

Cài đặt Arduino IDE: * Tải xuống và cài đặt Arduino từ Arduino.cc. 2.

Bổ sung thư viện PID: * Để thêm thư viện PID vào Arduino IDE go To Sketch > Bao gồm thư viện > Quản lý các thư viện (bằng cách nhấp chuột phải phác thảo trên cây dự án của bạn trong IDE).

* Để cài Brett Beauregard' s PID library, search " PID."

  4. Hiểu được sự điều khiển PID

Điều khiển PID bao gồm ba số hạng - tỷ lệ (P), tích phân (I), và đạo hàm (D). Mỗi phần đóng góp theo cách đặc biệt của riêng nó đối với các hành động điều khiển tổng thể: P, I, và D.

* Tích phân (I) : Một khâu tích phân tập hợp các lỗi quá khứ để có thể điều chỉnh chống lại bất kỳ sai số ổn định nào còn lại.

* Phái sinh (D) : Thuật ngữ phái sinh dự đoán các lỗi trong tương lai bằng cách theo dõi tỷ lệ thay đổi của chúng, giúp làm giảm đáp ứng hệ thống và giảm thiểu sự quá tải.

Xây dựng mạch: kết nối các cảm biến và thiết bị truyền động trên Arduino xây dựng một mạch điện tử bao gồm kết nối các cảm biến và thiết bị truyền động khác nhau với bo mạch Arduino, bao gồm các cảm biến và thiết bị truyền động sử dụng bộ điều khiển PID. Here' S Một sơ đồ ví dụ hiển thị một hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động sử dụng PID:

1. Kết nối cảm biến nhiệt độ với một chân đầu vào tương tự trên một bảng Arduino.

2. Cắm một thiết bị truyền động như một quạt hoặc lò sưởi vào một pin và nguồn điện số. 3. Để hoàn thành, sử dụng một nguồn năng lượng thích hợp khi cung cấp năng lượng cho hệ thống Arduino của bạn.

  5. Viết mã điều khiển PID

Một khi mạch được lắp ráp, viết mã điều khiển PID yêu cầu khởi tạo các biến, cấu hình các thư viện PID và viết các vòng điều khiển chính.

1. Khởi tạo các biến và thư viện PID:

#Bao gồm / / định nghĩa các biến cho PID theo hai cách = điểm đặt đôi, đầu vào và đầu ra với hai tập biến Kp = 2, Ki = 5 và Kd = 1. PID myPID (& Input& Outputsetpointkkkd& Direct);

Bỏ trống cài đặt () / / khởi tạo các chân thiết bị cảm biến và thiết bị truyền động bằng cách gọi hai chức năng, pinMode (sensorPin, đầu vào); Và pinMode (actuatorPin, đầu ra);

/ / thiết lập một điểm đặt nhiệt độ ban đầu là 100.

1. Viết PID Initialization and Automaization Code Umplut myPID.SetMode (Tự động);

Hãy viết hàm vòng lặp [vòng tránh Thai (void Loop). / / kích hoạt PID [myPID.SetMode (tự động).

Viết Init Loop FUNC (), như sau... (1.0/1.5); 2. Viết giá trị cảm biến đọc đầu vào = tương tự gread (sensorPin);

/ / tạo ra đầu ra PID bằng cách gọi myPID.Compute (); Điều khiển bộ truyền động với đầu ra PID bằng cách sử dụng analogWrite (actuatorPin, đầu ra);

Điều chỉnh nhiệt độ điều khiển PID

Cấu hình tham số PID thích hợp - Kp, Ki và Kd - là cần thiết để đạt được hiệu suất tối ưu của bất kỳ bộ điều khiển nào. Có nhiều kỹ thuật điều chỉnh khác nhau như phương pháp thử và sai số Ziegler-Nichols có thể giúp.

1. * Để bắt đầu với những giá trị nhỏ cho Kp, Ki, và Kd bạn cần thử nghiệm trước.

Tăng dần Kp cho đến khi hệ thống của bạn bắt đầu dao động.

Điều chỉnh Ki để giảm thiểu các lỗi trạng thái ổn định.

* Tinh chỉnh Kd để giảm sự phóng đại và cải thiện sự ổn định.

1. Sử dụng phương pháp Ziegler-Nichols, đặt Ki và Kd bằng 0 trước khi tăng Kp cho đến khi dao động của một biên độ cố định xảy ra trong hệ thống của bạn.

* Ghi chú cả độ lợi tới hạn (Kc) và thời kỳ dao động (Pc).

* Tính các thông số PID:

* Kp = 0, 6 * Kc * Ki = 2 * Kp/Pc Kd = Kp * Pc / 8

Thử nghiệm và gỡ lỗi

Một khi mã đã được viết và điều chỉnh đến các thông số PID, tải nó lên một Arduino để kiểm tra hành vi của nó và kiểm tra phản ứng của nó trước khi thực hiện các sửa đổi cần thiết đối với các thông số PID khi cần thiết - các vấn đề phổ biến bao gồm đọc cảm biến không chính xác, cấu hình dây dẫn không đúng và hành động kiểm soát không ổn định cần chú ý.

5. Thực hiện các tính năng nâng cao

Để nâng cao bộ điều khiển PID của bạn, hãy xem xét thêm các tính năng nâng cao, chẳng hạn như điều chỉnh thời gian thực với các giao diện người dùng hoặc cảm biến bổ sung để cung cấp điều khiển phức tạp hơn. Một màn hình LCD có thể hiển thị điểm đặt hiện tại và các thông số PID trong khi các nút cho phép điều chỉnh nhanh chóng.

1.

Thêm một màn hình LCD: (Tiện ích bảng và màn hình tương thích Arduino được hỗ trợ) : * Kết nối màn hình LCD trực tiếp đến Arduino UNO U3U8 U2.

* Sửa đổi mã để hiển thị điểm đặt, đầu vào và giá trị đầu ra.

1. Điều chỉnh thời gian thực: * Để điều chỉnh các thông số PID nhanh chóng trong thời gian thực. Chỉ đơn giản thêm các nút tăng hoặc giảm giá trị của chúng khi cần thiết.

* Kết hợp các đầu vào nút để cập nhật các thông số PID của các hàm vòng.

  6. Kết luận

Xây dựng một bộ điều khiển PID bằng Arduino yêu cầu nhiều bước, từ việc thiết lập môi trường và xây dựng mạch dẫn để viết mã và điều chỉnh các thông số. Bằng cách làm theo hướng dẫn này, bạn có thể xây dựng một bộ điều khiển PID tốt với hiệu suất hệ thống tối ưu bằng cách điều chỉnh lặp và xác nhận. Với thực hành, cơ hội để áp dụng các nguyên tắc này vào các ứng dụng cải thiện hiệu quả và độ tin cậy - dẫn đến các hệ thống điều khiển mạnh hơn!

).