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[職場甘巴爹] PID 兩輪小車

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發表於 2014-10-30 14:30:37 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 Ricardo 於 2014-10-30 18:25 編輯

PID控制理論是一種常見的技術,使用範圍很廣,例如車輛、機器人,甚至是火箭的控制,而完整的PID控制理論以數學的角度來看是相當複雜,但是在實際操作方面卻是相當簡單,相對容易使用而且可以得到出乎意料之外的好效果。

本文用兩輪小車來作PID控制理論的介紹,但是實際上PID理論的使用範圍很廣,接下來介紹的調適方式並非只能夠使用在兩輪小車上面,但是為了要使大家容易了解,本文以兩輪小車來說明,PID控制理論對於已經學會微積分的夥伴們,是非常好理解的,本文是給國小到國中的小孩們也能夠簡單學會使用PID,因此假如你根本沒有任何微積分的基礎,其實也是可以閱讀這份文件的,真的非常簡單易懂。

為了要學會PID控制理論,還是建議直接動起手操練比較容易進入狀況,這裡大致介紹需要的硬體設備,一台具有可程式控制的兩輪小車必須要有三個主要的零件,一、移動平台;二、控制組;三、感測器,在這篇文章裡面,移動平台所需要的馬達是能夠控制正反轉和速度快慢的,而控制組以目前的DIY玩家們來說會是Arduino、AVR或是8051(很古老吧, 但管用!), 以上屬於低階控制板, 比較高階的可以選用 " Raspberry PI",感測器的部分這邊是使用紅外線接收器,有些人會自己搭配電路,自行作出適合使用的紅外線模組,或是可以直接去網路上購賣適合使用的模組也可以。




圖一



如圖一,上面是一台兩輪機器車的是意圖,A是這台機器車的左輪,C是右輪,中間那個灰色邊框有紅色小圓圈的就是我剛剛所說的紅外線感測器,而這台車的功能就是循跡,說白話點就是沿著黑線前進,為什麼機器車有辦法做到沿著黑線走?這是第一次接觸機器人玩具的每個夥伴們常問的問題,機器車怎麼知道那是黑線?而我們要怎麼用程式告訴他們,雖然這和PID控制沒有太大的關連,但是趁這個機會解釋一下原理,也恰好讓尚未玩過機器車的夥伴們了解為什麼我們需要PID控制理論。

首先在擁有一個機器車平台之後,我們會使用紅外線感測器去觀察黑線,通常一個紅外線模組都會有接收器和發射器,藉由發射器發出穩定的紅外線光源,照射在不同的顏色平面上會有不同的反射量,以上課時老師曾經說過黑色的吸收效果好,白色的反射效果好,因此接收器在觀察黑色的時候會得到較少的紅外線反射量,藉由這樣的方式,機器車可以分辨現在她所看見的東西有多黑或是有多白,因此控制馬達的正反轉和轉速來達成沿著黑線行走。

紅外線自走車可以使用一顆紅外線模組就達成巡機自走車的目的,當然也可以為了更精確和更快速而使用更多顆的紅外線模組,但是這份PID控制理論的文件裡面,限制我們只能夠使用一顆紅外線模組來達成目標,但即使只有使用一顆紅外線模組,只要使用PID控制理論,也能夠讓機器車有相當不錯的效果去達成循跡的目的,當然到了之後我們可以使用更多的紅外線模組,但是當我們一顆就能夠利用PID做到順暢的行走,那麼使用更多的時候不就更厲害了嗎?


先把你的平台準備好,接著下一篇開始會繼續介紹這份 PID控制理論唷。


  


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發表於 2015-1-8 13:30:08 | 顯示全部樓層
不曉得何時有下一篇~ ^^
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