Opprett en PID-kontroller på NI myRIO-Maskinvaren

Lec-30 Compensator Design Using Root Locus Plots (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Opprett en PID-kontroller på NI myRIO-Maskinvaren


Lær hvordan du implementerer din egen, enkle PID-kontroller. I denne artikkelen vil vi fokusere på maskinvaren: NI myRIO og en hobby DC servomotor.

I denne korte artikkelserien vil vi implementere en enkel PID-kontroller ved hjelp av LabVIEW med en Hobby DC Servomotor. Vi vil tilpasse servoen ved å fjerne den interne kontrolleren og erstatte en som vi vil lage, oss selv. I denne artikkelen presenterer vi deg raskt til PID-kontrollen og følger med det nødvendige maskinvarearbeidet. Den neste artikkelen vil diskutere programvare og implementering.

PID-kontroll

Verden vi lever i er ekstremt dynamisk og ofte vanskelig å måle, enn si kontroll.

Tenk deg en elektrisk motor - da den ble laget, hadde den mekaniske toleranser som gir opp til målbare unøyaktigheter. Dessuten, som miljøvariabler endres, vil det også være motorerens respons og oppførsel.

Disse endringene eller unøyaktighetene alene kan resultere i en enhet som noen ganger fungerer bra og noen ganger ikke leverer det vi forventer. Derfor må vår enhet være i stand til å tilpasse seg eller det kan enkelt styres.

Når vi ønsker å regulere prosesser eller kontrollere bevegelige enheter som motoreksemplet ovenfor, bruker vi en ekstern enhet eller en programvaremodul som ofte refereres til som kontrolleren.

Formentlig den mest populære metoden for å bruke en kontroller i akademia og i industrien er PID-kontrolleren.

PID står for Proportional-Integral-Derivative. Denne kontrollmetoden bruker en tilbakemeldingsløype som sammenligner ønsket verdi mot den faktiske verdien for å finne en feil, som den deretter forsøker å minimere. Da feilen blir mindre og mindre, nærmer prosessen eller enheten den ønskede tilstanden. Hvis du vil lese om tekniske detaljer for PID-kontroll, vennligst se denne artikkelen.

Krav

For å følge med, bør du ha følgende maskinvare tilgjengelig:

  • NI myRIO innebygd maskinvareenhet
  • Hobby DC servomotor som du har det bra med å demontere og tilpasse
  • Jumper ledninger
  • 10kOhm motstander (x2)
  • Loddejern / stasjon

I tillegg, hvis du har varmekrympeslange og / eller isolasjonstape, kan det også komme til nytte.

Figur 1. Oppsett for dette eksperimentet

Om Vår "Plant"

Ofte i sammenheng med kontroller, blir enheten som styres referert til som "planten". Dette er et eldre begrep (forestill deg et stort kjemisk anlegg med prosesser som må styres) som du fremdeles ofte kan finne i litteraturen.

Hobby servo skal være vår plante. Men før vi hopper inn i hvordan vi bruker det, la oss diskutere tilpassingene vi trenger for å utføre først og dekke litt bakgrunn.

I de fleste tilfeller vil en standard analog DC servo ha en op-amp-basert kontroller inneholdt i huset. Med tillegg til det vil det ha et roterende potensiometer for å oppdage nåværende posisjon, som er nødvendig for tilbakemelding. Vi vil tilpasse denne kontrolleren slik at den kan brukes til noe annet enn det opprinnelige formålet.

Hvis du har hørt om å endre servos for "kontinuerlig rotasjon", kan du kanskje vite hvor dette går. Vår modifikasjon er litt annerledes fordi vi vil holde potensiometeret i sin opprinnelige posisjon i stedet for å fjerne det helt.

Vår plan her er å tilpasse den interne servostyringen på en slik måte at vi kan styre hastigheten i stedet for posisjonen. For å gjøre dette vil vi erstatte potensiometerkablene med et par 10kOhm motstander koblet til som spenningsdeler, som gir en fast utgangsspenning (i motsetning til potensiometeret, som gir en utgangsspenning som endres når servo roterer). Dette vil lure den interne kontrolleren til å alltid oppdage en posisjonell forskyvning.

Ved å sende det typiske servopulser, vil vi få muligheten til å kontrollere hastighet i stedet for posisjon.

Figur 2 og tabell 1 nedenfor viser hvordan en standard servomotor forventes å fungere uten noen tilpasninger.

Figur 2. Enkel servostyring gjennom PWM

Tabell 1. Standard servoadferd

Tabell 2 viser hvordan det ville da svare etter tilpasningene for de samme inngangene. T, i dette tilfellet, er satt til 20 mSek (50 Hz oppdateringshastighet).

Tabell 2. Servoadferd etter tilpasning

tilpasning

Nå som vi har en ide om hva vi trenger å gjøre, la oss implementere det i praksis. Følg disse trinnene for å forberede DC servo som skal styres eksternt:

1. Skru av bunnen av servomotoren og fjern bakdekselet. Deretter finner du potensiometeret (det skal kobles til den roterende delen av servoen) og identifisere de tre ledningene den er koblet til brettet med.

2. Løsne disse tre ledningene fra trinn 1, idet du tar hensyn til hvilken loddetrommel som helst av ledningene går til (spesielt den midterste!). Hvis du kan, prøv å ta bilder mens du går, hvis du må henvise til arbeidet ditt.

Figur 3. Servo med bakdeksel fjernet.

3. Bli med de to 10kOhm-motstandene sammen som vist på figur 4, og gjør midtfugen til et eget ben. Eventuelt kan du lodde skjøten for å sikre at den er festet på plass. Dette vil danne en spenningsdeler som gir halvparten av spenningen over de to motstandene.

Figur 5. Bytte potensiometeret med spenningsdeleren.

5. Loddemåler (eller fest på en annen måte) de tre hengende potensiometerforbindelsene til jumpertrådene, slik at vi kan koble dem til myRIO i neste trinn.

Figur 6. Jumperkontakter loddet på potensiometerkablene for enkel tilkobling til myRIO.

6. Koble de tidligere loddede jumperkablene til NI myRIO MXP Extension board. Den midtre (visker) ledningen fra potensiometern (hvit i mitt tilfelle) må gå til AI0 av port A. De resterende to må kobles til jord og 5V. Merk at du kan velge en annen metode for fysisk tilkobling til myRIO, så lenge ledningene går til de riktige tilkoblingene.

7. Bruk tre ekstra jumperkabler for å koble de svarte, røde og hvite ledningene på servokontakten til jord, 5V og AO0, henholdsvis. Igjen kan du bruke forskjellige måter å fysisk grensesnitt til myRIO så lenge forbindelsene er de samme.

Hvis du fulgte instruksjonene, bør du ha noe som ser ut som oppsettet vist i figur 7.

Figur 7. Full service tilpasning og tilkobling oppsett av eksperimentet.