¿Cómo hacer un controlador PID en Arduino

Aprender a hacer unControlador PIDIn Arduino con esta completa guía. Siga las instrucciones paso a paso para construir, codificar y ajustar su controlador PID para un rendimiento óptimo del sistema.

  1. introducción

Un controlador proporcional integral derivado (PID) es un mecanismo esencial utilizado en todas las aplicaciones de ingeniería para lograr la estabilidad del sistema y el rendimiento al minimizar cualquier desviación entre el punto de ajuste deseado y la salida real de los sistemas. En esta guía we' voy a ir a través de cómo usted puede crear uno mismo usando Arduino con cada paso se explica a fondo garantizar la plena comprensión.

  2. Componentes necesarios

Para construir un controlador PID con Arduino, serán necesarios los siguientes elementos: * una placa Arduino como Uno es esencial

* sensores (por ejemplo, sensor de temperatura y fotorresistencia).

* actuadores (como motor y LED)

*Breadboard with jumper wires* (en inglés)

* fuente de alimentación * Arduino IDE (software)

  3. Biblioteca PID (software).

Antes de comenzar: establezca el entorno de Arduino antes de embarcarse ensu proyecto, asegúrese de que el IDE de Arduino se ha descargado ensu ordenador desde su sitio web oficial - a continuación, instalar y añadir la biblioteca PID, proporcionando funciones diseñadas específicamente para gestionar el control PID sin esfuerzo.

Instalar Arduino IDE: * descargar e instalar Arduino desde Arduino.cc. 2.

* para añadir bibliotecas PID dentro de Arduino IDE vaya a Sketch > Incluir la biblioteca > Administre bibliotecas (haciendo clic derecho en dibujar en su árbol de proyecto en IDE).

* instalar Brett Beauregard's PID library, search "PID."

  4. Comprensión del Control PID

El control PID involucra tres términos: proporcional (P), Integral (I), y derivada (D). Cada uno contribuye de su propia manera especial a las acciones de control: P, I, y D.

* Integral (I): un término Integral agrega errores pasados para proporcionar acciones correccontra cualquier error de estado estacionrestante.

* derivada (D): el término derivado anticiperrores futuros mediante el seguimiento de su tasa de cambio, ayudando a amortigula respuesta del sistema y mitigar el overshoot.

La construcción de un circuito electrónico implica la interconexión de varios sensores y actuadores con placa de Arduino, incluyendo la conexión de sensores y actuadores usando controlador PID. Here's un ejemplo esquemático que muestra un sistema automatizado de control de temperatura usando PID:

1. Conecte un sensor de temperatura a un pin de entrada analógica en una placa Arduino.

2. Enchufe un actuador como un ventilador o calentador en un pin de salida digital y enciéndase. 3. Para completar, utilizar una fuente de alimentación adecuada al encender su sistema Arduino.

  5. Escribir código de Control PID

Una vez montado el circuito, escribir código de control PID requiere inicializar variables, configurar las librerías PID y escribir los bucles de control principales.

1. Inicializar Variables y biblioteca PID:

#Include // Define Variables para PID de dos maneras = doble valor, entrada y salida con dos conjuntos de Variables Kp = 2, Ki = 5 y Kd = 1. PID myPID(&Input&OutputSetpointKpKiKd&Direct) (en inglés).

Configuración () // inicializar los pines del sensor y del actuador llamando a dos funciones, pinMode(sensorPin, INPUT); Y pinMode(actuatorPin, salida);

// establecer un punto de ajuste de temperatura inicial en 100.

1. Write PID Initialization and Automaization Code umplut myPID.SetMode(AUTOMATIC);

Escribir la función de bucle [void Loop ()]. // inicialice PID [myPID.SetMode(AUTOMATIC);].

Escribe el bucle de inicio func(), como sigue... (1.0/1.5); 2. Valor del Sensor/escritura entrada de lectura = analógica (sensorPin);

// genera una salida PID llamando a myPID.Compute(); Controlar el accionador con salida PID usando analogWrite(actuatorPin, salida);

Afinel controlador PID

La configuración adecuada del parámetro PID — valores Kp, Ki y Kd — es esencial para alcanzar el rendimiento óptimo de cualquier controlador. Hay varias técnicas para el ajuste tal como método de prueba y error y Ziegler-Nichols que puede ayudar.

1. [ensayo y Error]* para empezar con valores pequeños para Kp, Ki y Kd es necesario experimentar primero con.

Incregradualmente Kp hasta que su sistema comience a osci.

Ajuste Ki para minimizar el error de estado estacionario.

* ajuste fino Kd para disminuir el rebasy mejorar la estabilidad.

1. Utilizando el método Ziegler-Nichols, establecer Ki y Kd igual a cero antes de aumentar Kp hasta que la oscilación de una amplitud fija se produce en su sistema.

* tome nota tanto de la ganancia crítica (Kc) como del período de oscilación (Pc).

* calcular los parámetros PID:

*Kp = 0.6 * Kc * Ki = 2 *Kp/Pc Kd = Kp * Pc/8

Prueba y depuración

Una vez que el código ha sido escrito y ajustado a los parámetros PID, cargarlo en un Arduino para probar su comportamiento y examinar su respuesta antes de hacer las modificaciones necesarias a los parámetros PID según sea necesario - los problemas comunes incluyen lecturas incorrectas del sensor, configuración incorrecta del cabley acciones de control inestables que necesitan atención.

5. Implementar características avanzadas

Para mejorar su controlador PID, considere agregar características avanzadas, como sintonien tiempo real con interfaces de usuario o sensores adicionales para proporcionar un control más complejo. Una pantalla LCD puede mostrar los parámetros actuales de ajuste y PID mientras que los botones permiten ajustes rápidos sobre la marcha.

1.

Añadir una pantalla LCD: (se admiten pantallas compatibles con Arduino y la placa de servicios): * conectar una pantalla LCD directamente a Arduino UNO U3U8 U2.

* modificar el código para mostrar valores de setpoint, entrada y salida.

1. Ajuste en tiempo real: * para ajustar parámetros PID rápidamente en tiempo real. Simplemente agregue botones que aumenten o disminuyan sus valores según sea necesario.

* incorporar entradas de botón en la actualización de los parámetros PID de las funciones de bucle.

  6. conclusión

La construcción de un controlador PID usando Arduino requiere varios pasos, desde la configuración de su entorno y la creación de circuitos para escribir código y parámetros de ajuste. Siguiendo esta guía, puedes construir un controlador PID robusto con un rendimiento óptimo del sistema ajustando y valide iterativo. Con la práctica se presenta la oportunidad de aplicar estos principios en aplicaciones que mejoran la eficiencia y fiabilidad, lo que lleva a sistemas de control más fuertes.

).