如何实现直流电机的非常精确的位置控制

总览    

在这篇文章中，我们将看到如何实现直流电机的非常精确的位置控制。我们使用Arduino和PID计算来实现简单直流电机的精确位置控制。

这样的小项目非常有趣，您可以通过构建该项目来学习许多概念，例如PID，闭环系统和编码器基础。

首先，我想向您简要介绍什么是PID，因为这将帮助您进一步了解这些内容。

PID    

PID代表比例微分和积分计算

PID是编程的一部分，在该部分上，控制器将执行复杂的计算，并根据过程的反馈来操纵输出。

PID有4个关键值：
1. PV（过程值）或反馈
2. SV（设定值）
3.错误
4.输出

PID图

PID的基本工作如下，我不想进行复杂的算术公式，因为我想保持简单。

PID尝试使PV尽可能接近SV。
误差= SV-PV误差是设定值与过程值之间的差值，
而输出直接是误差的先决条件，换句话说，如果误差为正，则误差为正，如果误差为负，则输出与正的差越大，输出就越大。输出为负。随着PV越来越接近SV，误差变得越来越小，因此输出也越来越小，因此，我们获得了干净而精确的输出。
 

这是一个真实的例子。

假设我告诉您，在直路上行驶1公里以下的不中断汽车，因为您没有间断，因此油门就可以用来控制汽车，因此您上车时按住油门并加速一会儿，然后释放油门减速并逐渐停在1公里处。
这就是您所做的全部，我们可以称其为PID控制。PID知道如何在到达SP之前操纵输出。

Kp，Ki，Kd是可以微调PID控制器的参数，这些参数可以控制过冲下冲振荡。

假设一个微控制器在没有PID的情况下驱动汽车，它将启动汽车并继续加速直至到达1公里。

然后放开油门，使动车继续行驶并逐渐停止，直至超过我们设定的1公里。

然后，微控制器再次使汽车反转，并在他回到1公里点时加速，再次释放油门，同样的事情由于动量而继续向后移动，这样的循环一次又一次地重复。

您可以想像，现在几乎没有控制器可以在没有PID的情况下将汽车停在固定点

以下是了解PID平滑运动外观的视觉效果。

这个怎么运作？    

双轴简单直流齿轮电动机的一侧与编码器的轴连接，另一侧与指针连接，该指针指向量角器上标记的角度，编码器与中断引脚上的arduino连接，并通过L293D电动机IC驱动直流电动机， HC-05模块用于将我们的系统与android设备连接

当我们从android设备arduino发送角度设定值接收数据并运行电机时，编码器将脉冲与要求匹配时，编码器会按照预定义的计算将实时位置反馈发送到arduino，这意味着指针到达所需位置arduinuo在这种情况下停止直流电机。所有过程均由PID控制，以实现平稳，干净的运动。

例如，在这里我们使用了一个光学编码器，该编码器可以提供1600跃迁脉冲以进行360度旋转，因此，如果我们想将指针旋转到90度，那么来自编码器的1600/360 x 90 = 400脉冲将告诉我们它移动了90度。

组件    

我使用了一个简单的BO电机，将光编码器连接到其轴上，将360度量角器用作秤HC-05 bt模块，用于连接arduino和android设备，并使用android手机运行android app发送角度设置指向arduino

以下是产品链接，以防万一您需要购买

Arduino的

直流电动机

量角器

L293d IC

光学编码器

我3d打印了一些土墩电机和编码器零件，我也3d打印了指针，您可以在下面的链接中找到3D文件。
https://www.thingiverse.com/thing:3221695

光学编码器    

我在这里使用了一个400 ppr 2相增量式光学编码器，该编码器可以为每个演进提供1600平移的参考，意味着每个相位800个过渡，我们需要连接连接到A相和B相的上拉电阻，因为我们不能使引脚悬空以避免任何问题。干扰，在我们的案例中，我们使用的是arduino，它具有内置的上拉电阻器功能，只需要从代码中激活即可。

pinMode （encoderPin1，INPUT_PULLUP ）;

pinMode （encoderPin2，INPUT_PULLUP ）;

要了解有关编码器的更多信息，请阅读上期推文

电路图    

进行上图所示的接线，编码器绿色和白色导线必须连接到arduino的中断引脚，即数字引脚2和3。

在这里，我使用了L293D H桥式电动机控制IC，它可以控制直流电动机。工作在5V至36V的电压范围内，它可以处理每个通道1A的电流，每个通道2A的峰值，必须将HC-05 BT模块连接到arduino的串行引脚（TX，RX）引脚0和1。
我用了9V电池为电动机供电。

源代码    

在开始编码之前，您必须先安装一个PID库（https://github.com/br3ttb/Arduino-PID-Library/archive/master.zip ），
该库由br3ttb提供（https://github.com/br3ttb/Arduino-PID-Library），是一个出色的库，它非常易于使用，并且可以使用。

如上面的视频和图像所示，首先我借助3D打印的联轴器和3D打印的安装支架连接编码器和直流电动机，然后借助M3 X 10螺栓将安装支架固定在编码器上。

在支架I的另一侧上，通过这种方式将直流电动机粘到直流编码器轴上，直流编码器轴与直流编码器轴一起移动，并继续向arduino提供位置参考

现在，我带了一个大的360度保护器，并在中心钻了一个孔，以便可以将其安装在直流电动机轴上。现在，我在电动机的另一轴上连接了3D打印指针，该指针指出了直流电动机轴的运动角度。

我有一块可用的PCB，可以连接直流电动机，L293d IC和HC-05模块，该PCB可以用作arduino uno屏蔽，可以直接安装在Arduino UNO上。

一旦我们完成了所有组件的组装，就可以运行该项目，因此我们需要一个android设备和android应用，您可以从下面的链接下载android应用和可编辑的.aia文件

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