如何實現(xiàn)直流電機的非常精確的位置控制

總覽

在這篇文章中，我們將看到如何實現(xiàn)直流電機的非常精確的位置控制。我們使用Arduino和PID計算來實現(xiàn)簡單直流電機的精確位置控制。

這樣的小項目非常有趣，您可以通過構(gòu)建該項目來學習許多概念，例如PID，閉環(huán)系統(tǒng)和編碼器基礎(chǔ)。

首先，我想向您簡要介紹什么是PID，因為這將幫助您進一步了解這些內(nèi)容。

PID

PID代表比例微分和積分計算

PID是編程的一部分，在該部分上，控制器將執(zhí)行復雜的計算，并根據(jù)過程的反饋來操縱輸出。

PID有4個關(guān)鍵值：
1. PV（過程值）或反饋
2. SV（設(shè)定值）
3.錯誤
4.輸出

PID圖

PID的基本工作如下，我不想進行復雜的算術(shù)公式，因為我想保持簡單。

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

這是一個真實的例子。

假設(shè)我告訴您，在直路上行駛1公里以下的不中斷汽車，因為您沒有間斷，因此油門就可以用來控制汽車，因此您上車時按住油門并加速一會兒，然后釋放油門減速并逐漸停在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)可以控制過沖下沖振蕩。

假設(shè)一個微控制器在沒有PID的情況下驅(qū)動汽車，它將啟動汽車并繼續(xù)加速直至到達1公里。

然后放開油門，使動車繼續(xù)行駛并逐漸停止，直至超過我們設(shè)定的1公里。

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

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

以下是了解PID平滑運動外觀的視覺效果。

這個怎么運作？

雙軸簡單直流齒輪電動機的一側(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記的角度，編碼器與中斷引腳上的arduino連接，并通過L293D電動機IC驅(qū)動直流電動機， HC-05模塊用于將我們的系統(tǒng)與android設(shè)備連接

當我們從android設(shè)備arduino發(fā)送角度設(shè)定值接收數(shù)據(jù)并運行電機時，編碼器將脈沖與要求匹配時，編碼器會按照預(yù)定義的計算將實時位置反饋發(fā)送到arduino，這意味著指針到達所需位置arduinuo在這種情況下停止直流電機。所有過程均由PID控制，以實現(xiàn)平穩(wěn)，干凈的運動。

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

組件

我使用了一個簡單的BO電機，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手機運行android app發(fā)送角度設(shè)置指向arduino

以下是產(chǎn)品鏈接，以防萬一您需要購買

Arduino的

直流電動機

量角器

L293d IC

光學編碼器

我3d打印了一些土墩電機和編碼器零件，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

光學編碼器

我在這里使用了一個400 ppr 2相增量式光學編碼器，該編碼器可以為每個演進提供1600平移的參考，意味著每個相位800個過渡，我們需要連接連接到A相和B相的上拉電阻，因為我們不能使引腳懸空以避免任何問題。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，請閱讀上期推文

電路圖

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

在這里，我使用了L293D H橋式電動機控制IC，它可以控制直流電動機。工作在5V至36V的電壓范圍內(nèi)，它可以處理每個通道1A的電流，每個通道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電池為電動機供電。

源代碼

在開始編碼之前，您必須先安裝一個PID庫（https://github.com/br3ttb/Arduino-PID-Library/archive/master.zip ），
該庫由br3ttb提供（https://github.com/br3ttb/Arduino-PID-Library），是一個出色的庫，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機，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，通過這種方式將直流電動機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，并繼續(xù)向arduino提供位置參考

現(xiàn)在，我?guī)Я艘粋€大的360度保護器，并在中心鉆了一個孔，以便可以將其安裝在直流電動機軸上?，F(xiàn)在，我在電動機的另一軸上連接了3D打印指針，該指針指出了直流電動機軸的運動角度。

我有一塊可用的PCB，可以連接直流電動機，L293d IC和HC-05模塊，該PCB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，就可以運行該項目，因此我們需要一個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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