Arduino.ru

PI регулятор. С твоим кодом понятно, что ты не знаешь ни теории управления, ни цифровой обработки сигналов, так что начинай с литературы по этим направлениям.

Например http://www.cds.caltech.edu/~murray/amwiki/index.php/Main_Page

Большое спасибо за ответ.

Нашел статью http://robofob.ru/materials/articles/pages/Karpov_mobline1.pdf , очень доходчиво разжевано про ПИД-регулятор.

Разобрали каждую строчку, что делает, зачем делает. Вроде разобрались с интерпретацией результатов (ШИМ от 100 до 255, ниже 100 мотор не крутится, только пищит). Используем только пропорциональную и интегральную составляющие. return up + ui.

Код:

#define PIN_ENA 6      // Вывод управления скоростью вращения мотора №1
#define PIN_IN1 5      // Вывод управления направлением вращения мотора №1
#define PIN_IN2 4      // Вывод управления направлением вращения мотора №1
#define PIN_POT A7     // Чтение данных с энкодера
#define PIN_ANGLEIN A6 // Получение угла с основного контролера
#define iMin -0.2 // Минимальное значение интегратора
#define iMax 0.2 // Максимальное значение интегратора

// Параметры пропорционального звена
float kp = 2; // Коэффициент пропорционального звена

// Параметры интегратора
float ki = 0.001; // Коэффициент интегрального звена
float iSum = 0; // Сумма ошибок (значение, накопленное в интеграторе)

// Параметры дифференциатора
float kd = 1; // Коэффициент дифференциального звена
float old_y = 0; // Предыдущее значение сигнала

float PIDctl(float error, float y)
{
  float up, ui, ud;

  // Пропорциональная компонента
  up = kp * error;

  // Интегральная компонента

  iSum = iSum + error; // Накапливаем (суммируем)

  if (iSum < iMin) iSum = iMin; // Проверяем граничные значение
  if (iSum > iMax) iSum = iMax;

  ui = ki * iSum;

  // Дифференциальная компонента
  ud = kd * (y - old_y);
  old_y = y;

  //return up + ui + ud;
  return up + ui;
  //return up;
}

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("PID, Encoder");
  pinMode(PIN_POT, INPUT);
  pinMode(PIN_ENA, OUTPUT);
  pinMode(PIN_IN1, OUTPUT);
  pinMode(PIN_IN2, OUTPUT);
  pinMode(PIN_ANGLEIN, INPUT);
}

void loop()
{
  int angleInput = /*map(analogRead(PIN_ANGLEIN), 0, 255, 0, 180)*/ 170; //задаем угол в ручную
  int angleEncoder = map(analogRead(PIN_POT), 0, 1023, 0, 180);

  float PID = PIDctl(angleInput - angleEncoder, angleEncoder);

  if (PID < 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, HIGH);
    digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
  }
  else if (PID > 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
    digitalWrite(PIN_IN2, HIGH);
  }
  else
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
    digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
  }
  
  Serial.print(PID);
  Serial.print(",");
  Serial.println(angleEncoder);

  analogWrite(PIN_ENA, map(abs(PID), 0, 1800, 100, 255));// U // при ШИМ меньше 100 мотор не крутится.
}

Но проблема с колебаниями осталась. Какие бы значения Kp и Ki не выставляли, происходят колебания вокруг заданной токчи ровно в 4 градуса, 2 в + и 2 в -.

Немного изменили концовку:

void loop()
{
  int angleInput = /*map(analogRead(PIN_ANGLEIN), 0, 255, 0, 180)*/ 170;
  int angleEncoder = map(analogRead(PIN_POT), 0, 1023, 0, 180);

  float PID = PIDctl(angleInput - angleEncoder, angleEncoder);

  if (PID < 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, HIGH);
    digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
  }
  else if (PID > 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
    digitalWrite(PIN_IN2, HIGH);
  }

  Serial.print(PID);
  Serial.print(",");
  Serial.println(angleEncoder);

  analogWrite(PIN_ENA, map(abs(PID), 0, 1800, 100, 255));//U

  if (angleEncoder == angleInput)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
    digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
    delay (5000);
  }
}

и добавили 5 сек задержку. Серва попадает в заданное положение - включается задержка. 5 сек проходит - серва отпрыгивает на два градуса, то в право, то в лево поочередно и снова возвращается в заданный угол.

  if (PID < 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, HIGH);
    digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
  }
  else if (PID > 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
    digitalWrite(PIN_IN2, HIGH);
  }
 

А что это такое? Перечитай-ка еще раз.

Результат функции ПИД контрол выводится с + или с -. В зависимости от знака крутим моторчик в ту или иную сторону. А модулем от ПИД через мар задаем ШИМ на пин ENA. Ведь на ENA мы не можем минусовое значение подать.

Вот выдержка из статьи по ссылке:

Будем интерпретировать сигнал u(t) следующим образом: если u(t)<0, то будем притормаживать левый двигатель на величину, пропорциональную модулю u(t); если u(t)>0, то будем притормаживать правый двигатель на величину, пропорциональную u(t). Естественно, что если u(t)=0, то тележка едет прямо (никакие двигатели не притормаживаются).

Ну вот это я и делаю.

подумай еще

Блин, ну модуль это абсолютная величина. У минус 6 и у плюс 6 модуль будет шесть.

Пропорциональность я реализую через МАР.

U это управляющее воздействие.

Вот схема подключения мотора.

IN1, IN2 определяют направление движения, на пин ENA подаем ШИМ и он может быть только положительный

Другого не думается. Подскажите.

Нифига как сложно оказывается из ардуино и мотора сделать серву !

Пид какой то больше 0, меньше, а при 0 чего делать?

Не увидел вывода шим, извиняюсь. Разрешение по углу слишком маленькое. Работай в диапазоне 0-1023, а не 0-180.

Вот здесь вообще не понял. От 0 до 180 изменяются градусы. У сервы ход 180 градусов.

для контроллера нет никаких градусов, он берет сигнал с аналогового входа, с диапазоном 0-1023. А преобразуете этот диапазон к "градусам" 0-180 - вы сами в коде программы, таким образом теряя в точности в 6 раз

Вот эту строчку надо выкинуть

int angleEncoder = map(analogRead(PIN_POT), 0, 1023, 0, 180);

и работать напрямую со значениями analogRead(PIN_POT)

Работает два МК. Один основной (управляет сервами), второй в роли контролера сервомотора.

Основной подает ШИМ сигнал в формате 0-255 как на настоящую серву. Второй, тот что контролер сервы, соответственно принимает 0-255. Вот заготовка по это. Временно задаю в ручную (ноль градусов).

  int angleInput = /*map(analogRead(PIN_ANGLEIN), 0, 255, 0, 180)*/ 0;

 Энкодер выдает 0-1023. Мне надо сравнивать эти значения. Все равно преобразование где то придется делать.

А потом еще на мотор передавать  0-255 (100-255).

Если я уберу строку

int angleEncoder = map(analogRead(PIN_POT), 0, 1023, 0, 180);

мне придется эту строку

int angleInput = /*map(analogRead(PIN_ANGLEIN), 0, 255, 0, 180)*/ 0;

переделать в такую

  int angleInput = /*map(analogRead(PIN_ANGLEIN), 0, 1023, 0, 180)*/ 0;

а я не могу так сделать потому, что с основного МК получаю значение в виде 0-255.

да. в любом случае что-то придется преобразовывать, весь вопрос - что выбрать.

Чем больше размерность данных на ПИД регуляторе - тем более "гладко" он работает. Поэтому 0-1023 лучше. чем  0-180.

Спасибо, попробую.

не просто же так за цифровые сервы такие деньги просят )))

#define PIN_ENA 6
#define PIN_IN1 5
#define PIN_IN2 4
#define PIN_POT A7
#define PIN_ANGLEIN A6 // Получение угла с основного контролера
#define iMin -0.2
#define iMax 0.2

float kp = 1;

float ki = 0.001;
float iSum = 0;

float kd = 1;
float old_y = 0;

float PIDctl(float error, float y)
{
  float up, ui, ud;

  up = kp * error;

  iSum = iSum + error;

  if (iSum < iMin) iSum = iMin;
  if (iSum > iMax) iSum = iMax;

  ui = ki * iSum;

  ud = kd * (y - old_y);
  old_y = y;

  return up + ui;
}

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("PID, Encoder");
  pinMode(PIN_POT, INPUT);
  pinMode(PIN_ENA, OUTPUT);
  pinMode(PIN_IN1, OUTPUT);
  pinMode(PIN_IN2, OUTPUT);
  pinMode(PIN_ANGLEIN, INPUT);
}

void loop()
{
  //int angleInput = map(analogRead(PIN_ANGLEIN), 0, 255, 0, 1023);//заготовка под внешний сигнал
  int angleInput = 512;//ввод в ручную.512 это 90 градусов в формате 0 1023

  int angleEncoder = analogRead(PIN_POT);//читаю данные с экодера в формате 0 1023

  float PID = PIDctl(angleInput - angleEncoder, angleEncoder);

  if (PID < 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, HIGH);
    digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
  }
  else if (PID > 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
    digitalWrite(PIN_IN2, HIGH);
  }

  Serial.print(PID);
  Serial.print(", ");
  Serial.println(map(angleEncoder, 0 , 1023, 0, 180));//перевожу значение с энкодера в градусы чтоб читалось удобнее

  analogWrite(PIN_ENA, map(abs(PID), 0, 1023, 100, 255));//перевожу значение ПИД в ШИМ

  if (angleEncoder == angleInput)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
    digitalWrite(PIN_IN2, LOW);

  }
}

Вычисления в ПИ-регуляторе в диапазоне 0 - 1023.

Перевожу в градусы только в монитор порта.

При значениях Кп = 0,1; 1; 2; 5; 10 выходной вал колеблется возле заданной точки в диапазоне 3-4 градуса.

Причем серва часто попадает в заданное положение (на скрине видно), но не останавливается в нем. Более того, я её руками поворачиваю в заданный угол, как только отпускаю вал поворачивает и начинаются колебания.

Толи лыжи не едут, толи одно из двух.

Люди добрые, ПАМАЖИТЕ!!!

Можно для начала попробовать без ПИДа. Брал мотор-редуктор, прикручивал переменный резистор, драйвер L9110S и гонял по условиям <=  или >= заданного. В принципе понравилось, но 65 Р за готовую серву проще оказалось в итоге.

Я в первом посте описывал без ПИДа. Только управление идет не с переменного резистора а с внешнего контролера, т.к. серва в составе проекта который управляется МК (тот самый внешний МК).

Серва не останавливается в заданном положении.

Так сначала надо выяснить, почему так происходит,  где у вас в коде ошибка, прежде чем ПИД прикручивать

Вы, надеюсь, понимаете, что если даже при прямом регулировании серва не останавливается - значит ошибка есть?

Переменный резистор, жестко связанный с выходным валом сервы даёт контроллеру чёткое положение вала - "идеальная обратная связь". Иными словами как с энкодером мк узнаёт где находится сейчас вал на самом деле? Конечно ресурс такой связи ограничен, но мне кажется она легче в понимании. 

Существуют абсолютные энкодеры, например...

Блин, точно. Читал уже, но забыл.Вот что значит ни разу не использовать )

Да сказано сразу было, что без теории это дохлый номер. Одна статейка это не теория. Дальше нужно смотреть на помехи и увеличение пропускной полосы всей системы.

Может добавить else

if (PID < 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, HIGH);
    digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
  }
  else if (PID > 0)
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
    digitalWrite(PIN_IN2, HIGH);
  }
  //пробуйте добавить это (если 0 то стоим)
  else 
  {
    digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
    digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
  }

Да оно собственно так и было. 

В коде из последнего сообщения сообщения, вынесли случай равенства и делали паузу. Пауза срабатывает отлично. Когда отправлял код на форум паузу убрал, а else назад не перенес.

Я увеличил скорость и разрядность ШИМ до 15.6 кГц, 10bit, в положении 0 серва стала останавливаться, в положении 180 продолжаются колебания.

Кстати микросхема в серве KC9102, инфы про неё в инете не нашел, только маленький даташит на китайском языке.

Забил, может позже еще подумаю.