Como fazer um controlador PID no Arduino - guia passo a passo

Aprenda a fazer umControlador PIDno Arduino com este guia completo. Siga as instruções passo a passo para criar, codificar e ajustar seu controlador PID para obter o desempenho ideal do sistema.

  1. Introdução

Um controlador proporcional-integral-derivativo (PID) é um mecanismo essencial usado em aplicações de engenharia para alcançar a estabilidade e o desempenho do sistema, minimizando qualquer desvio entre o ponto de ajuste desejado e a saída real dos sistemas. Neste guia, nós...#39; Vou ver como você pode criar um usando o Arduino, com cada etapa sendo explicada minuciosamente, garantindo total compreensão.

  2. Componentes necessários

Para construir um controlador PID com o Arduino, os seguintes itens serão necessários: * Uma placa Arduino como a Uno é essencial

* Sensores (por exemplo, sensor de temperatura e fotorresistor).

* Atuadores (como motor e LED)

*Placa de ensaio com fios jumper*

* Fonte de alimentação * Arduino IDE (software)

  3. Biblioteca PID (software).

Antes de começar: estabeleça o ambiente Arduino Antes de embarcar em seu projeto, certifique-se de que o Arduino IDE foi baixado em seu computador a partir de seu site oficial - em seguida, instale e adicione a biblioteca PID, fornecendo funções projetadas especificamente para gerenciar o controle PID sem esforço.

Instale o Arduino IDE: * Baixe e instale o Arduino a partir do Arduino.cc. 2.

Adicionar biblioteca PID: * Para adicionar bibliotecas PID no Arduino IDE, vá para Sketch > Include Library > Manage Libraries (clicando com o botão direito do mouse em Sketch em sua árvore de projeto no IDE).

* Para instalar Brett Beauregard' s biblioteca PID, pesquise "PID".

  4. Entendendo o controle PID

O controle PID envolve três termos - Proporcional (P), Integral (I) e Derivada (D). Cada um contribui de sua maneira especial para as ações de controle geral: P, I e D.

* Integral (I): Um termo integral agrega erros passados para fornecer ações corretivas contra qualquer erro de estado estacionário restante.

* Derivada (D): O termo derivada antecipa erros futuros, rastreando sua taxa de mudança, ajudando a amortecer a resposta do sistema e mitigar o overshoot.

Construindo o circuito: conectando sensores e atuadores no Arduino A construção de um circuito eletrônico envolve a interconexão de vários sensores e atuadores com a placa Arduino, incluindo a conexão de sensores e atuadores usando o controlador PID. Aqui;#39; s um exemplo de esquema mostrando um sistema automatizado de controle de temperatura usando PID:

1. Conecte um sensor de temperatura a um pino de entrada analógica em uma placa Arduino.

2. Conecte um atuador como um ventilador ou aquecedor a um pino de saída digital e ligue. 3. Para concluir, utilize uma fonte de alimentação apropriada ao ligar seu sistema Arduino.

  5. Escreva o código de controle PID

Uma vez que o circuito é montado, escrever o código de controle PID requer a inicialização de variáveis, a configuração de bibliotecas PID e a gravação dos principais loops de controle.

1. Inicialize variáveis e biblioteca PID:

#include // Defina variáveis para PID de duas maneiras = ponto de ajuste duplo, entrada e saída com dois conjuntos de variáveis Kp = 2, Ki = 5 e Kd = 1. PID myPID(&Input&OutputSetpointKpKiKd&Direct);

Void setup() Inicialize os pinos do sensor e do atuador chamando duas funções, pinMode(sensorPin, INPUT); e pinMode(actuatorPin, OUTPUT);

Estabeleça um ponto de ajuste de temperatura inicial em 100.

1. Escreva o código de inicialização e automação do PID umplut myPID.SetMode(AUTOMATIC);

Função de loop de gravação [void loop() ]. Inicialize o PID [ myPID.SetMode(AUTOMATIC);].

Escreva Init Loop func(), da seguinte forma... (1.0/1.5); 2./ Entrada de leitura do valor do sensor de gravação = AnalogRead(sensorPin);

Gere a saída PID chamando myPID.Compute(); Controle o atuador com saída PID usando analogWrite(actuatorPin, Output);

Ajustando o controlador PID

A configuração adequada dos parâmetros PID - valores Kp, Ki e Kd - é essencial para alcançar o desempenho ideal de qualquer controlador. Existem várias técnicas de ajuste, como tentativa e erro e método de Ziegler-Nichols, que podem ajudar.

1. [Tentativa e erro]* Para começar com pequenos valores para Kp, Ki e Kd, você precisa experimentar primeiro.

Aumente gradualmente o Kp até que seu sistema comece a oscilar.

Ajuste o Ki para minimizar o erro de estado estacionário.

* Ajuste o Kd para diminuir o overshoot e melhorar a estabilidade.

1. Utilizando o Método Ziegler-Nichols, defina Ki e Kd iguais a zero antes de aumentar Kp até que ocorra uma oscilação de amplitude fixa em seu sistema.

* Anote o ganho crítico (Kc) e o período de oscilação (Pc).

* Calculando os parâmetros PID:

*kp = 0,6 * kc * ki = 2 *kp / pc kd = kp * pc/8

Teste e depuração

Depois que o código for escrito e ajustado aos parâmetros PID, carregue-o em um Arduino para testar seu comportamento e examinar sua resposta antes de fazer as modificações necessárias nos parâmetros PID conforme necessário - problemas comuns incluem leituras incorretas do sensor, configuração inadequada da fiação e ações de controle instáveis que precisam de atenção.

5. Implementar recursos avançados

Para aprimorar seu controlador PID, considere adicionar recursos avançados, como ajuste em tempo real com interfaces de usuário ou sensores adicionais para fornecer controle mais complexo. Um display LCD pode mostrar o ponto de ajuste atual e os parâmetros PID, enquanto os botões permitem ajustes rápidos em tempo real.

1.

Adicionando um display LCD: (Placa de utilitários e monitores compatíveis com Arduino são suportados): * Conecte um display LCD diretamente ao Arduino UNO U3U8 U2.

* Modifique o código para exibir os valores de ponto de ajuste, entrada e saída.

1. Ajuste em tempo real: * Para ajustar os parâmetros PID rapidamente em tempo real. Basta adicionar botões que aumentam ou diminuem seus valores conforme necessário.

* Incorpore entradas de botão na atualização dos parâmetros PID das funções de loop.

  6. Conclusão

Construir um controlador PID usando o Arduino requer várias etapas, desde a configuração do seu ambiente e a construção de circuitos até a escrita de código e parâmetros de ajuste. Seguindo este guia, você pode criar um controlador PID robusto com desempenho ideal do sistema por meio de ajuste e validação iterativos. Com a prática, surge a oportunidade de aplicar esses princípios em aplicações que melhoram a eficiência e a confiabilidade - levando a sistemas de controle mais fortes!

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