Arduino ile PID Kontrollü Top Dengeleme Robotu Projesi

Bu projede PID kontrol tabanlı topu denge noktasında sabitleyen iki eksenli top dengeleme robotunun yapımından bahsedeceğim.Top dengeleme sisteminde iki yöntem kullanılmaktadır. Birinci yöntem topun mesafesini ölçerek diğer yöntem ise görüntü işleme tabanlı yapılmaktadır. Ben ilk yöntemi uygulayacağım. Dengeleme sistemi topun mesafesini ölçerek PID algoritmasında belirlediğimiz noktada sabitlenmesini sağlayacaktır. Ayrıca matlab üzerinden de topun mesafesini anlık görebileceğiz.

Malzemeler

• Arduino Uno
• Ping Ultrasonik Sensör
• Dijital Servo Motor (20kg.cm ideal)
• 5v DC Güç Kaynağı

Elektronik Kısım

• [col]
• Sensör Bağlantıları
• Sinyal Pin – Dijital 7.Pin
  VCC- 5V
  GND – GND
  
• Servo Motor Bağlantıları
• Sinyal Pin – Dijital 9.Pin
  VCC – 5V
  GND – GND
  

Mekanik Kısım

Top 34 cm uzunluğunda bir düzlemde hareket edecek.Alttaki kısımda servo motor kolu döndürerek üstteki düzlemi hareket ettirecek.Gerekli uzunluklar şekilde gösterilmiştir.

Yazılım Kısmı

MATLAB Yazılımı

clear all
close all
clc
 
arduino=serial('COM3','BaudRate',9600); % Portunuzu arduino portuyla aynı yaptım
fopen(arduino);

CM(1)=0;
time(1)=0;
i=1;
tic;

while (toc<=100)
   
   CM(2)=fscanf(arduino,'%f');
   time(2)=toc;
   figure(1);
   grid on;
   axis([toc-10, toc+10, 0, 35])
   h(i)=plot(time,CM,'b','LineWidth',5);
   hold on
   CM(1)=CM(2);
   time(1)=time(2);
 if(i >= 300)
   delete(h(i-299));
   end
i=i+1;
 
end
 
fclose(arduino); 

Arduino Yazılımı

PID Kütüphanesi  > PID_v1

#include 
#include
const int servoPin = 9;
float Kp = 2.5;b// İlk Oransal Kazanç
float Ki = 0; // İlk İntegral Kazancı
float Kd = 1.1; //İlk Türev Kazancı
double Setpoint, Input, Output, ServoOutput;
PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);
Servo myServo;
  
void setup() {
  
Serial.begin(9600);
myServo.attach(servoPin);
Input = readPosition();
myPID.SetMode(AUTOMATIC);
myPID.SetOutputLimits(-80,80); // -80 ile 80 derece arası
}
  
void loop()
{
Setpoint = 15; // Denge Noktası
Input = readPosition();
  
myPID.Compute();
  
ServoOutput=102+Output;
myServo.write(ServoOutput);
}
  
float readPosition() {
delay(40);
  
const int pingPin = 7;
  
long duration, cm;
unsigned long now = millis();
pinMode(pingPin, OUTPUT);
digitalWrite(pingPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(pingPin, HIGH);
delayMicroseconds(5);
digitalWrite(pingPin, LOW);
  
pinMode(pingPin, INPUT);
duration = pulseIn(pingPin, HIGH);
  
cm = duration/(29*2);
  
if(cm > 30) // 30 cm top için maksimum pozisyon
{cm=30;}
  
Serial.println(cm);
  
return cm; //Mesafe değerini döndürür.
}

Arduino yazılım kısmında Setpoint tanımlaması topun duracağı noktadır.Bu noktanın değerini değiştirerek topun istediğimiz noktada kalmasını sağlayacağız.

 NOT: Topun hareket ettiği düzlemin yatay olabilmesi için, servo motor açısı 102 derece olmalıdır.