В захватывающем мире робототехники и автоматизации точное управление двигателями имеет решающее значение. Одним из популярных методов достижения этой цели является ПИД-регулирование, что означает пропорционально-интегрально-производное управление. В этой статье блога мы рассмотрим, как реализовать ПИД-управление с помощью драйвера двигателя L298N с Arduino. Мы рассмотрим различные методы, предоставим примеры кода и предложим советы по настройке параметров ПИД для достижения оптимальной производительности. Итак, возьмите плату Arduino и приступим!

Метод 1: базовая реализация ПИД-регулирования
Для начала давайте начнем с базовой реализации ПИД-регулирования с использованием драйвера двигателя L298N. Вот пример фрагмента кода, который поможет вам начать:

#include <PID_v1.h>
// Define motor pins
const int motorPin1 = 2;
const int motorPin2 = 3;
// Define PID parameters
double Setpoint = 0;
double Input = 0;
double Output = 0;
double Kp = 1;
double Ki = 0.5;
double Kd = 0.2;
PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);
void setup() {
  // Initialize motor pins
  pinMode(motorPin1, OUTPUT);
  pinMode(motorPin2, OUTPUT);
  // Set the desired setpoint
  Setpoint = 90;
  // Initialize PID
  myPID.SetMode(AUTOMATIC);
}
void loop() {
  // Read the actual motor position (Input)
  // Implement your own method to read the position (e.g., encoder or sensor)
  // Compute PID output
  myPID.Compute();
  // Apply the computed output to the motor
  if (Output > 0) {
    analogWrite(motorPin1, Output);
    analogWrite(motorPin2, 0);
  } else {
    analogWrite(motorPin1, 0);
    analogWrite(motorPin2, -Output);
  }
}

Метод 2: Настройка параметров ПИД
Работа ПИД-регулирования во многом зависит от правильной настройки параметров. Давайте рассмотрим популярный метод настройки, называемый «методом Циглера-Николса». Выполните следующие действия:

1. Установите все параметры ПИД (Kp, Ki, Kd) на ноль.
2. Повышайте Kp до тех пор, пока система не начнет колебаться.
3. Измерьте период колебаний (Tu) и установите Ki = 0,45/Tu.
4. Установите Kd = 0,12 * Tu.

Метод 3. Расширенные методы ПИД-регулирования
Для более продвинутых методов управления рассмотрите возможность реализации следующего:

a) Anti-Windup: предотвращает перерегулирование, ограничивая срок интегрирования при насыщении выходного сигнала. Исследовательские методы, такие как ограничение и обратный расчет для реализации антизавершения.

b) ПИД-регулятор на основе скорости: в некоторых случаях может быть полезно управлять скоростью двигателя, а не положением. Измените структуру ПИД-регулирования, измерив скорость и используя ее в качестве обратной связи.

c) Каскадное ПИД-регулирование. Для сложных систем каскадное ПИД-регулирование обеспечивает лучшую производительность. Реализуйте несколько контуров ПИД, где выход одного ПИД управляет заданным значением другого.

К настоящему моменту вы должны хорошо понимать реализацию ПИД-регулирования с использованием драйвера двигателя L298N с Arduino. Мы рассмотрели основы, предоставили пример кода, обсудили методы настройки и изучили передовые методы, такие как защита от зацикливания, управление на основе скорости и каскадное управление. Помните, что ПИД-регулирование требует тщательной настройки для достижения оптимальной производительности в различных сценариях. Так что экспериментируйте, повторяйте и настраивайте параметры, чтобы добиться точного управления двигателем в своих проектах по робототехнике.