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總覽

在這篇文章中，我們將看到如何實現直流電機的非常精確的位置控制。我們使用Arduino和PID計算來實現簡單直流電機的精確位置控制。

這樣的小項目非常有趣，您可以通過構建該項目來學習許多概念，例如PID，閉環系統和編碼器基礎。

首先，我想向您簡要介紹什么是PID，因為這將幫助您進一步了解這些內容。

PID

PID代表比例微分和積分計算

PID是編程的一部分，在該部分上，控制器將執行復雜的計算，并根據過程的反饋來操縱輸出。

PID有4個關鍵值：
1. PV（過程值）或反饋
2. SV（設定值）
3.錯誤
4.輸出

PID圖

PID的基本工作如下，我不想進行復雜的算術公式，因為我想保持簡單。

PID嘗試使PV盡可能接近SV。
誤差= SV-PV誤差是設定值與過程值之間的差值，
而輸出直接是誤差的先決條件，換句話說，如果誤差為正，則誤差為正，如果誤差為負，則輸出與正的差越大，輸出就越大。輸出為負。隨著PV越來越接近SV，誤差變得越來越小，因此輸出也越來越小，因此，我們獲得了干凈而精確的輸出。

這是一個真實的例子。

假設我告訴您，在直路上行駛1公里以下的不中斷汽車，因為您沒有間斷，因此油門就可以用來控制汽車，因此您上車時按住油門并加速一會兒，然后釋放油門減速并逐漸停在1公里處。
這就是您所做的全部，我們可以稱其為PID控制。PID知道如何在到達SP之前操縱輸出。

Kp，Ki，Kd是可以微調PID控制器的參數，這些參數可以控制過沖下沖振蕩。

假設一個微控制器在沒有PID的情況下驅動汽車，它將啟動汽車并繼續加速直至到達1公里。

然后放開油門，使動車繼續行駛并逐漸停止，直至超過我們設定的1公里。

然后，微控制器再次使汽車反轉，并在他回到1公里點時加速，再次釋放油門，同樣的事情由于動量而繼續向后移動，這樣的循環一次又一次地重復。

您可以想像，現在幾乎沒有控制器可以在沒有PID的情況下將汽車停在固定點

以下是了解PID平滑運動外觀的視覺效果。

這個怎么運作？

雙軸簡單直流齒輪電動機的一側與編碼器的軸連接，另一側與指針連接，該指針指向量角器上標記的角度，編碼器與中斷引腳上的arduino連接，并通過L293D電動機IC驅動直流電動機， HC-05模塊用于將我們的系統與android設備連接

當我們從android設備arduino發送角度設定值接收數據并運行電機時，編碼器將脈沖與要求匹配時，編碼器會按照預定義的計算將實時位置反饋發送到arduino，這意味著指針到達所需位置arduinuo在這種情況下停止直流電機。所有過程均由PID控制，以實現平穩，干凈的運動。

例如，在這里我們使用了一個光學編碼器，該編碼器可以提供1600躍遷脈沖以進行360度旋轉，因此，如果我們想將指針旋轉到90度，那么來自編碼器的1600/360 x 90 = 400脈沖將告訴我們它移動了90度。

組件

我使用了一個簡單的BO電機，將光編碼器連接到其軸上，將360度量角器用作秤HC-05 bt模塊，用于連接arduino和android設備，并使用android手機運行android app發送角度設置指向arduino

以下是產品鏈接，以防萬一您需要購買

Arduino的

直流電動機

量角器

L293d IC

光學編碼器

我3d打印了一些土墩電機和編碼器零件，我也3d打印了指針，您可以在下面的鏈接中找到3D文件。
https://www.thingiverse.com/thing:3221695

光學編碼器

我在這里使用了一個400 ppr 2相增量式光學編碼器，該編碼器可以為每個演進提供1600平移的參考，意味著每個相位800個過渡，我們需要連接連接到A相和B相的上拉電阻，因為我們不能使引腳懸空以避免任何問題。干擾，在我們的案例中，我們使用的是arduino，它具有內置的上拉電阻器功能，只需要從代碼中激活即可。

pinMode （encoderPin1，INPUT_PULLUP ）;

pinMode （encoderPin2，INPUT_PULLUP ）;

要了解有關編碼器的更多信息，請閱讀上期推文

電路圖

進行上圖所示的接線，編碼器綠色和白色導線必須連接到arduino的中斷引腳，即數字引腳2和3。

在這里，我使用了L293D H橋式電動機控制IC，它可以控制直流電動機。工作在5V至36V的電壓范圍內，它可以處理每個通道1A的電流，每個通道2A的峰值，必須將HC-05 BT模塊連接到arduino的串行引腳（TX，RX）引腳0和1。
我用了9V電池為電動機供電。

源代碼

在開始編碼之前，您必須先安裝一個PID庫（https://github.com/br3ttb/Arduino-PID-Library/archive/master.zip ），
該庫由br3ttb提供（https://github.com/br3ttb/Arduino-PID-Library），是一個出色的庫，它非常易于使用，并且可以使用。