የ PID መቆጣጠሪያ VHDL: 10 ደረጃዎች

2024 ደራሲ ደራሲ: John Day | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-30 07:31

ይህ ፕሮጀክት ከኮርክ የቴክኖሎጂ ኢንስቲትዩት የክብርዬን የመጀመሪያ ዲግሪዬን ለማጠናቀቅ የእኔ የመጨረሻ ፕሮጀክት ነበር። ይህ መማሪያ በሁለት ክፍሎች ተከፍሏል የመጀመሪያው የፕሮጀክቱ ዋና ዓላማ የሆነውን የፒአይዲ ኮድ ዋና አካል ይሸፍናል እና ሁለተኛው ክፍል በባሲ 3 ልማት ቦርድ ላይ የተተገበረውን ኮድ እና ከዚያ ወደ ፒንግ ፓንግ ኳስ ተገናኝቷል። levitation rig. ንድፈ ሃሳባዊ እና የተገነባው ሪግ በተያያዙ ምስሎች ውስጥ ይታያሉ።

አቅርቦቶች

ማስመሰል

ቪቫዶ ዲዛይን ስብስብ

ትግበራ (በቅንፍ ውስጥ ለኔ ፕሮጀክት ያገለገለ ነው)

• ዲጂታል/አናሎግ ምልክቶችን (ባሲስ 3) ን ማስገባት እና ማውጣት የሚችል የ FPGA ቦርድ
• በአንድ የግብረመልስ ምንጭ (ፒንግ ፓንግ ኳስ ሌቪቲንግ ሪግ) ቁጥጥር የሚደረግበት ስርዓት

ሪግ

• ፖሊካርቦኔት ቲዩብ
• 5V አድናቂ
• የ IR ዳሳሽ
• 3 ዲ የታተመ መሠረት (ይህ መማሪያ የሪጋውን ግንባታ ዳሳሽ ግብረመልስ ለመስጠት ታክሏል ፣ ግን ማሽኑ በአጠቃላይ ተመሳሳይ ነበር)
• 1 ኪ ተቃዋሚዎች
• የዳቦ ሰሌዳ ከ 5 ቮ እና ከ GND ባቡር ጋር

ደረጃ 1 መሠረታዊ የቁጥጥር ንድፈ ሃሳብ

በአንዳንድ መሠረታዊ የቁጥጥር ጽንሰ -ሀሳብ ውስጥ ማከል ይህንን ኮድ መሞከር እና መተግበር ለሚፈልግ ማንኛውም ሰው ለመጀመር ጥሩ መሠረት እንደሚሆን አስቤ ነበር።

የተያያዘው ሥዕላዊ መግለጫ የአንድ ነጠላ ሉፕ መቆጣጠሪያ አቀማመጥ ነው።

r- ማጣቀሻው ነው። ይህ ተቆጣጣሪው የት እንደሚፈለግ ይወስናል።

ኢ-ስህተት ነው። በእርስዎ ዳሳሽ እና በማጣቀሻዎ ላይ ባለው እሴት መካከል ያለው ልዩነት ይህ ነው። ለምሳሌ. e = r- (d+የአነፍናፊ ውፅዓት)።

K- ይህ ተቆጣጣሪ ነው። ተቆጣጣሪ በሶስት ውሎች ሊካተት ይችላል። እነዚህ ውሎች P ፣ I እና D. ሦስቱም ቃላት Kp ፣ Ki እና Kd የሚባሉ ማባዣዎች አሏቸው። እነዚህ እሴቶች የመቆጣጠሪያውን ምላሽ ይወስናሉ።

• P- ተመጣጣኝ። ጥብቅ የፒ መቆጣጠሪያ ከአሁኑ ስህተት ጋር ተመጣጣኝ የሆነ ውጤት ይኖረዋል። የፒ መቆጣጠሪያ በፍጥነት ለመተግበር እና ለመስራት ቀላል ነው ፣ ግን እርስዎ ያዘጋጁትን እሴት (ማጣቀሻ) በጭራሽ አይደርሰውም።
• I- ውህደት። በጥብቅ የተዋሃደ ተቆጣጣሪ የቀድሞውን ስህተት ያጠቃልላል ይህም በመጨረሻ ወደሚፈለገው ማጣቀሻ ይደርሳል። ይህ መቆጣጠሪያ በአጠቃላይ ለመተግበር በጣም ቀርፋፋ ነው። በ P ቃል ውስጥ ማከል ማጣቀሻውን ለመድረስ የሚወስደውን ጊዜ ይቀንሳል። ግብዓቱ ናሙና እየተደረገበት ያለው ጊዜ ግምት ውስጥ መግባት አለበት።
• ዲ-አመጣጥ። የመነጩ ቃል በስህተት ለውጥ መጠን ላይ የሚመረኮዝ ውጤት ይኖረዋል። ይህ ቃል በአጠቃላይ ከ P ቃል ወይም ከ PI ቃል ጋር ጥቅም ላይ ይውላል። ይህ ከስህተት ለውጥ ፍጥነት ጋር ተመጣጣኝ ስለሆነ አንድ ጫጫታ ነጠላ ድምፁን ያሰፋዋል ይህም ስርዓት ያልተረጋጋ እንዲሆን ሊያደርግ ይችላል። አመጣጥ የሚለው ቃል እንዲሁ ጊዜን በተመለከተም እንዲሁ ግምት ውስጥ መግባት አለበት።

U- ይህ የመቆጣጠሪያ ምልክት ነው። ይህ ምልክት ለግድቡ ግቤት ነው። በዚህ ፕሮጀክት ሁኔታ u ፍጥነቱን ለመለወጥ የ PWM ምልክት ግብዓት ነው።

ሰ- ይህ ቁጥጥር የሚደረግበት ስርዓት ነው። ይህ ስርዓት በ S ወይም Z ጎራ ውስጥ በሂሳብ ሊሠራ ይችላል። ስርዓቶቹ ወደ ሁለተኛው ቅደም ተከተል ሊሆኑ ይችላሉ ፣ ግን አንድ ሰው በቁጥጥር ስር ለጀመረ አንድ የመጀመሪያ ትዕዛዝ ስርዓት ምናልባት መገመት አለበት ምክንያቱም ይህ ለማስላት በጣም ቀላል ነው። በመስመር ላይ ሊገኝ በሚችል የሞዴሊንግ ሲስተም ላይ ብዙ መረጃ ነው። በአነፍናፊው የናሙና ጊዜ ላይ በመመርኮዝ የስርዓቱ ሞዴል ተለይቶ የሚታወቅ ወይም ቀጣይ ነው። ይህ በመቆጣጠሪያው ላይ ከባድ ተፅእኖ አለው ስለዚህ በሁለቱም ላይ ምርምር ይመከራል።

መ- ይህ በስርዓቱ ላይ የተጨመረ ሁከት ነው። ረብሻ የስርዓቱ ሞዴል የማይቆጠርባቸው ከውጭ ኃይሎች ነው። የዚህ ቀላል ምሳሌ በ 5 ሜትር ላይ ለመንሳፈፍ የሚፈልጓት ድሮን ነው። ነፋሱ መጣ እና ብጥብጡ ከተከሰተ በኋላ ተቆጣጣሪው አውሮፕላኑን እንደገና ያስቀምጣል። ነፋስ ሊደገም የማይችል ስለሆነ ይህ ሁከት በመባል ይታወቃል ስለዚህ ይህ መቅረጽ አይችልም።

ተቆጣጣሪውን ለማስተካከል ለመሰየም በጣም ብዙ ህጎች አሉ ግን እኔ የጀመርኳቸው አንዳንድ ጥሩዎች ኮሄን ኮን እና ዚገር ኒኮልስ ናቸው።

ትክክለኛ ሞዴል ሳይኖር ሲስተም መቅረጽ በጣም አስፈላጊው ክፍል ነው የተቀየሰው ተቆጣጣሪ እንደተፈለገው ምላሽ አይሰጥም።

ተቆጣጣሪው ከአንዳንድ የግለሰብ ምርምር ጋር እንዴት እንደሚሠራ ለመረዳት እዚህ በቂ መረጃ መኖር አለበት እና ከማንኛውም የሶስቱ ውሎች ጥምረት ካለው መቆጣጠሪያ በታች ያለው ኮድ ሊተገበር ይችላል።

ደረጃ 2 የ PID ኮድ መጻፍ

በሚከተለው አገናኝ ላይ የተገኘው የኮዱ መሠረታዊ መርህ ተወስዷል እና ተሻሽሏል ምክንያቱም ይህ ኮድ አልሰራም ፣ ግን ጥሩ መነሻ ነጥብ የሰጡ ብዙ መርሆዎች ነበሩት። ኦሪጅናል PID ኮዱ እንደ በርካታ ስህተቶች ነበሩት

• ቀጣይነት ያለው አሠራር - ተቆጣጣሪው በዘር የሚተላለፍ ነው ፣ ስለሆነም አዲስ ግቤት ሲገኝ ተቆጣጣሪው ሁሉንም 3 ውሎች ብቻ ለማስላት ማዋቀር ነበረበት። ለዚህ ማስመሰል ዙሪያ ያለው ሥራ ግብዓቱ ካለፈው ጊዜ ጀምሮ ተለውጦ እንደሆነ ማረጋገጥ ነበር። ይህ የሚሠራው ኮዱን በትክክል መስራቱን ለማስመሰል ብቻ ነው።
• የናሙና ጊዜ በተቀናጀ እና በተወሳሰበ ቃል ላይ ምንም ተጽዕኖ አልነበረውም - ተቆጣጣሪው ናሙናው የተወሰደበትን ጊዜም አላገናዘበም ፣ ስለሆነም የተዋሃዱ እና የመነሻ ውሎች በትክክለኛው ላይ እየሠሩ መሆናቸውን ለማረጋገጥ ለጊዜው አካፋይ ተብሎ የሚጠራ እሴት ታክሏል። ክፍተት።
• ስህተት ፖስት ብቻ ሊሆን ይችላል - ስህተቱን በሚሰላበት ጊዜ ስህተቱ አሉታዊ ትርጉም ሊሆን ስለማይችል የግብረመልስ ምልክቱ ተቆጣጣሪው በሚቀንስበት ጊዜ ውጤቱን ማሳደጉን እንደሚቀጥል የማጣቀሻ እሴቱን አልpassል።
• ለ 3 ውሎች እሴቶችን ያግኙ ኢንቲጀሮች ነበሩ - በእኔ ተሞክሮ ውስጥ ሁልጊዜ በ Basys 3 ተንሳፋፊ ነጥብ ቁጥር ባለመኖሩ በመቆጣጠሪያው ውስጥ ለ 3 ውሎች እሴቶች ተንሳፋፊ ነጥብ ቁጥሮች እንደሆኑ እሴቶቹ የቁጥር እሴት እና አንድ መሰጠት ነበረባቸው ከዚህ ችግር በላይ እንደ ሥራ ሆኖ የሚያገለግል የአመዛኙ እሴት።

ኮዱ ከዚህ በታች ተያይ isል የኮዱ ዋና አካል እና ኮዱን ለማስመሰል የሙከራ መቀመጫ አለ። የዚፕ አቃፊው ጊዜን ለመቆጠብ እንዲከፈት ቀድሞውኑ በቪቫዶ ውስጥ ኮዱን እና የሙከራ መቀመጫውን ይ containsል። እንዲሁም የማጣቀሻውን መከታተያ ውጤት የሚያሳየው የኮዱ የማስመሰል ሙከራ አለ ፣ ይህ ኮዱ እንደታሰበው እየሰራ መሆኑን ያረጋግጣል።

ደረጃ 3 - ለስርዓትዎ እንዴት እንደሚቀየር

በመጀመሪያ ሁሉም ሥርዓቶች አንድ አይደሉም የሥርዓቱን ግብዓቶች እና ውጤቶች መተንተን አለባቸው። በእኔ ሁኔታ ለቦታው ዋጋ የሰጠኝ የእኔ ሪግ ውጤት የአናሎግ ምልክት ሲሆን ከስርዓቱ የተገኘው ግብዓት የ PWM ምልክት ነበር። የኤዲሲ መለወጥ አስፈላጊ ነበር ማለት ነው። እንደ እድል ሆኖ ቤዚስ 3 በ ADC ውስጥ ተገንብቷል ስለዚህ ይህ ምንም ችግር አልነበረውም ፣ ይህ የ ‹I› ዳሳሽ ውፅዓት ወደ 0V-1V ዝቅ ማድረግ ነበረበት ምክንያቱም ይህ የጀልባው ADC ከፍተኛው ክልል ነው። ይህ የተደረገው በ 1 ኪ resistor በተከታታይ እንደ 3 ኪ resistor ከተዋቀረ 1 ኪ resistors የተሰራውን የቮልቴጅ መከፋፈያ ወረዳ በመጠቀም ነው። የአናሎግ ምልክቱ አሁን በኤዲሲ ክልል ውስጥ ነበር። የ PWM ግብዓት ለአድናቂው በቀጥታ በ Basys 3 ላይ ባለው የ PMOD ወደብ ውጤት በቀጥታ ማሽከርከር ይችላል።

ደረጃ 4 - በ Basys 3 ላይ የ I/O ጥቅምን መውሰድ

በ Basys 3 ላይ ኮዱ በሚሠራበት ጊዜ ለማረም ቀላል የሆነ የ I/O ቁጥር አለ። I/O እንደሚከተለው ተዘጋጅቷል።

• ሰባት የክፍል ማሳያ - ይህ በኤዲሲ ላይ የማጣቀሻ እና እሴት በቮልት ለማሳየት ጥቅም ላይ ውሏል። የሰባቱ ክፍል ማሳያ የመጀመሪያዎቹ ሁለት አሃዞች እሴቱ በ 0-1V መካከል እንደመሆኑ ከኤዲሲ እሴት ከአስርዮሽ ቦታ በኋላ ሁለቱን አሃዞች ያሳያል። በሰባቱ ክፍል ማሳያ ላይ ያሉት አሃዞች ሶስት እና አራት በቮልት ውስጥ የማጣቀሻ ዋጋን ያሳያሉ ይህ ደግሞ ክልሉ በ 0-1V መካከል ስለሆነ ከአስርዮሽ ቦታ በኋላ የመጀመሪያዎቹን ሁለት አሃዞች ያሳያል።
• 16 ኤልኢዲዎች - ውፅዓቱ የሚያረካ እና ውጤቱም በትክክል እየተለወጠ መሆኑን ለማረጋገጥ የውጤቱን ዋጋ ለማሳየት ኤልዲዎቹ ጥቅም ላይ ውለዋል።

ደረጃ 5 - በ IR ዳሳሽ ውፅዓት ላይ ጫጫታ

ይህ በቂ ስለሆነ እና ለማጠናቀቅ በጣም ትንሽ ሥራ ስለሚፈልግ ይህንን ችግር ለማስተካከል በአነፍናፊ ውፅዓት ላይ ጫጫታ ነበር።

ደረጃ 6 - አጠቃላይ የኮድ አቀማመጥ

እስካሁን ያልተነገረ አንድ ኮድ አለ። ይህ ኮድ ቀስቅሴ የሚባል የሰዓት መከፋፈያ ነው። ይህ ትንሽ ኮድ የኤዲሲ ኮዱን ወደ ናሙና ያነሳሳል። የኤዲሲ ኮድ ለማጠናቀቅ ቢበዛ 2us ይወስዳል ስለዚህ የአሁኑ ግቤት እና የቀደመው ግብዓት አማካይ ናቸው። ከዚህ በኋላ ተቆጣጣሪው P ፣ I እና D ውሎችን ያሰላል። በሁሉም የኮዱ አቀማመጥ እና በይነገፅ ላይ በተደረገው ጊዜያዊ የግንኙነት ሥዕላዊ መግለጫ ውስጥ ይታያል።

ደረጃ 7: ሙከራ

ኮዱ በ Basys 3 ላይ ተሰማርቶ የሚከተለው ምላሽ ተመዝግቧል። ማጣቀሻው በ 2 እሴቶች መካከል ተቀይሯል። የተያያዘው በተጠናቀቀው የፕሮጀክት ኮድ ውስጥ ያለው ሁኔታ። የተያያዘው ቪዲዮ ይህንን ምላሽ በእውነተኛ ጊዜ ያሳያል። መቆጣጠሪያው ለዚህ ክልል የተነደፈ በመሆኑ ማወዛወዙ በቱቦው የላይኛው ክፍል በፍጥነት ይበስባል ፣ ግን ስርዓቱ መስመራዊ ስላልሆነ ተቆጣጣሪው ወደ ቱቦው ዝቅ ብሎ አይሰራም።

ደረጃ 8 ፕሮጀክቱን ለማሻሻል ማሻሻያዎች

ፕሮጀክቱ እንደታሰበው ቢሠራም ፕሮጀክቱ ቢራዘም ኖሮ የማደርጋቸው ጥቂት ማሻሻያዎች አሉ።

• ጫጫታውን ሙሉ በሙሉ ለማቃለል ዲጂታል ማጣሪያን ይተግብሩ
• በቅደም ተከተል ለመቀስቀስ የኤዲሲ ኮድ ፣ አማካይ ኮድ እና የውህደት ኮድ ያዘጋጁ።
• የዚህ አነፍናፊ ቀጥተኛ ያልሆነ ምላሽ በዚህ ፕሮጀክት ላይ የተለያዩ ችግሮች እንዲፈጠሩ ስለሚያደርግ የተለየ አነፍናፊን ይጠቀሙ።

ደረጃ 9 - ተጨማሪ ሥራ

በበጋው ወቅት ለካስኬድ መቆጣጠሪያ ኮድ ጻፍኩ እና ለአንድ ነጠላ የ PID መቆጣጠሪያ እኔ የመከርኳቸውን ማሻሻያዎች ተግባራዊ አደረግሁ።

በመደበኛ የ PID መቆጣጠሪያ ላይ የተደረጉ ለውጦች

· የተፈለገውን የመቁረጥ ድግግሞሽ ለማሳካት የ FIR ማጣሪያ አብነት ተባባሪዎቹ መለወጥ አለባቸው። የአሁኑ ትግበራ ባለ 5-መታ የጥራጥሬ ማጣሪያ ነው።

· ማጣሪያው አዲሱን ናሙና እንዲያሰራጭ እና ውፅአቱ ዝግጁ በሚሆንበት ጊዜ የተቀየረው ቃል ይነቃቃል ማለት ኮዱ በተለያዩ የጊዜ ክፍተቶች ውስጥ እንዲለወጥ አነስተኛ ጥረት በማድረግ እንዲለወጥ የኮድ ጊዜ ተስተካክሏል። ኮድ።

· መርሃግብሩን የሚያንቀሳቅሰው ዋናው ለሉፕ እንዲሁ ቀንሷል ምክንያቱም ይህ ለሉፕ 7 ዑደቶች ቀደም ሲል ይህ የመቆጣጠሪያውን ከፍተኛ የሥራ ፍጥነት ቀንሷል ፣ ግን ለ loop t 4 ግዛቶች በመቀነስ ይህ ማለት የኮዱ ዋና ብሎክ ሊሠራ ይችላል ማለት ነው። በ 4 ሰዓት ዑደቶች ውስጥ።

ሙከራ

ይህ ተቆጣጣሪ ተፈትኖ እንደታሰበው ተከናወነ ይህ የፕሮጀክቱ ክፍል አእምሮን ንቁ ለማድረግ ብቻ ስለሆነ የዚህን ማረጋገጫ ፎቶግራፎች አልያዝኩም። ከመሞከሪያው በፊት ፕሮግራሙን መሞከር እንዲችሉ የሙከራ መቀመጫው እንደዚሁም የሙከራ ኮዱ እዚህ ይገኛል።

ለምን የሬሳ መቆጣጠሪያን ይጠቀሙ

የሬሳ መቆጣጠሪያ ሁለት የስርዓቱን ክፍሎች ይቆጣጠራል። በዚህ ሁኔታ የ cascade መቆጣጠሪያ ከ IR ዳሳሽ ግብረመልስ ያለው ተቆጣጣሪ የውጭ ዑደት ይኖረዋል። የውስጠኛው ዑደት የአድናቂውን የማዞሪያ ፍጥነት ከሚወስነው ከታክሞሜትር በጥራጥሬዎች መካከል በጊዜ መልክ ግብረመልስ አለው። ቁጥጥርን በመተግበር ከሥርዓቱ የተሻለ ምላሽ ማግኘት ይቻላል።

የካሴድ መቆጣጠሪያ እንዴት ይሠራል?

የመቆጣጠሪያው ውጫዊ ሉፕ በእንቆቅልሾቹ መካከል ባለው ጊዜ ውስጥ ወደ ውስጠኛው ዙር መቆጣጠሪያ መቆጣጠሪያ ዋጋን ይመገባል። በጥራጥሬዎች መካከል የሚፈለገውን ጊዜ ለማሳካት ይህ ተቆጣጣሪ የግዴታ ዑደትን ይጨምራል ወይም ይቀንሳል።

በሬጅ ላይ ማሻሻያዎችን መተግበር።

እንደ አለመታደል ሆኖ እኔ እሱን ማግኘት ስላልቻልኩ እነዚህን ማሻሻያዎች በሬጅ ላይ መተግበር አልቻልኩም። እንደታሰበው የሚሰራውን የተሻሻለውን ነጠላ የሉፕ መቆጣጠሪያን ሞከርኩ። እስካሁን ድረስ የኳስ መቆጣጠሪያውን አልሞከርኩም። እኔ ተቆጣጣሪው እንደሚሰራ እርግጠኛ ነኝ ግን እንደታሰበው ለመስራት ጥቂት መጠነኛ ማሻሻያዎችን ሊፈልግ ይችላል።

ሙከራ

ሁለት የግብዓት ምንጮችን ማስመሰል አስቸጋሪ ስለሆነ ተቆጣጣሪውን መሞከር አልቻልኩም። ከካድካድ ተቆጣጣሪው ጋር ማየት የምችለው ብቸኛው ችግር የውጪው ዑደት ወደ ውስጠ-ሉፕ የቀረበው የመቀመጫ ቦታን ለመጨመር ሲሞክር ትልቅ የስብስብ ነጥብ በእውነቱ ለአድናቂው ዝቅተኛ RPS ነው ግን ይህ በቀላሉ ሊስተካከል ይችላል። ከተቀመጠው ነጥብ ምልክት ከፍተኛ እሴት (4095 - setpoint - tacho_result) የተቀመጠውን ነጥብ ይውሰዱ።

ደረጃ 10 መደምደሚያ

በአጠቃላይ ፕሮጀክቱ ሲጀመር እንዳሰብኩት ይሠራል ምክንያቱም በውጤቱ ደስተኛ ነኝ። በ VHDL ውስጥ የ PID መቆጣጠሪያን ለማዳበር ያደረግሁትን ሙከራ ለማንበብ ጊዜ ስለወሰዱ እናመሰግናለን። ማንም የዚህን ስርዓት አንዳንድ ልዩነቶች በስርዓት ላይ ለመተግበር የሚሞክር ከሆነ እና ኮዱን ለመረዳቱ የተወሰነ ድጋፍ የሚፈልግ ከሆነ እኔ በፍጥነት ምላሽ እሰጣለሁ። የተጠናቀቀውን ግን ያልተተገበረውን ተጨማሪ ሥራ የሚሞክር ማንኛውም ሰው እባክዎን ለማንኛውም እጅ ያነጋግሩኝ። ተግባራዊ የሚያደርግ ማንኛውም ሰው እንዴት እንደሚሄድ ቢያሳውቀኝ በጣም አደንቃለሁ።