다중 선형 액추에이터 간의 동기식 동작은 일부 고객 애플리케이션의 성공에 중요 할 수 있습니다. 하나는 트랩 도어를 여는 두 개의 선형 액추에이터입니다. 이를 달성하려면 전용 Firgelli를 사용하는 것이 좋습니다. 동기식 컨트롤 박스 FA-SYNC-2 및 FA-SYNC-4. 그러나 일부 DIY 사용자와 해커는 Arduino와 같은 마이크로 컨트롤러가 제공하는 자유를 선호하고 대신 자체 동기 제어 프로그램을 작성하는 것을 선호합니다. 이 자습서는 다음을 사용하여이를 달성하는 방법에 대한 개요를 제공하는 것을 목표로합니다. 광학 시리즈 선형 액추에이터.
머리말
이 가이드는 Arduino를 사용하여 동기 제어를 달성하는 데 필요한 단계를 엄격하게 처리하는 것이 아니라 사용자 지정 프로그램을 작성하는 데 도움이되는 광범위한 개요입니다. 이 튜토리얼은 고급이며 Arduino 하드웨어, 소프트웨어에 이미 익숙하고 이상적으로는 펄스 폭 변조 (PWM) 신호, 인터럽트 서비스 루틴 (ISR), 센서 디 바운싱 및 모터 인코더에 대한 경험이 있다고 가정합니다. 이 튜토리얼에서 제공하는 예제는 기본 비례 제어기입니다. 다음 예에서는 PID 제어 루프 구현 및 2 개 이상의 선형 액추에이터로 확장하는 등 많은 개선 사항을 구현할 수 있습니다. Google은 Arduino 애플리케이션에 대한 기술 지원을 제공 할 리소스가 없으며 공개적으로 사용 가능한 자습서 외부에서 코드 또는 배선 다이어그램을 디버그, 편집, 제공하지 않습니다.
동기 제어 개요
동기 제어는 두 개의 선형 액추에이터의 길이를 비교하고 속도를 비례 적으로 조정하여 이루어집니다. 한 액추에이터가 다른 액추에이터보다 빠르게 움직이기 시작하면 속도를 늦 춥니 다. 내장 된 광학 인코더를 통해 선형 액추에이터의 위치를 읽을 수 있습니다. 광학 인코더는 DC 모터에 연결된 10 개의 구멍이있는 작은 플라스틱 디스크로 모터가 회전 할 때 플라스틱 디스크도 마찬가지입니다. 적외선 LED는 플라스틱 디스크를 향하여 빛이 회전 할 때 광 디스크의 구멍을 통해 전송되거나 디스크의 플라스틱에 의해 차단됩니다. 디스크 반대편에있는 적외선 센서는 빛이 구멍을 통해 투과 될 때이를 감지하여 구형파 신호를 출력합니다. 수신기가 감지하는 펄스 수를 세어 모터의 RPM과 선형 액추에이터가 이동 한 거리를 모두 계산할 수 있습니다. 35lb 광학 선형 액추에이터에는 인치당 50 (+/- 5) 광학 펄스가있는 반면 200lb 및 400lb 액추에이터는 모두 인치당 100 (+/- 5) 펄스를 가지고 있습니다. 각 선형 액추에이터가 얼마나 멀리 확장되었는지를 비교하여 두 액추에이터의 속도를 비례 적으로 조정할 수 있으므로 확장하는 동안 항상 동일한 길이를 유지할 수 있습니다.
필수 구성 요소
- 두 개의 광학 선형 액추에이터
- 2 개의 IBT-2 모터 드라이버
- Arduino Uno
- 12V 전원
- 순간 버튼 3 개 (Firgelli에서 판매하지 않음)
- 추가 배선
배선도
위의 배선 연결을하십시오. 선형 액추에이터에서 나오는 와이어 색상을 항상 확인하십시오. 색상 규칙이 위 다이어그램에 표시된 것과 다를 수 있습니다. 디지털 핀 7, 8, 9 및 GND 사이에 연결된 3 개의 순간 버튼을 간과하지 않도록주의하십시오.
빠른 튜토리얼
두 개의 선형 액추에이터를 동기식으로 이동하려면 다음 단계를 따르십시오.
- 배선도에 표시된대로 연결하십시오.
- 아래의 첫 번째 프로그램을 업로드하고 실행하십시오.
- 이 프로그램에서 출력 한 두 값을 아래 두 번째 프로그램의 23 행에 복사합니다.
- 두 번째 프로그램을 업로드하고 실행합니다.
- 변수 K_p (37 행, 두 번째 프로그램)를 변경하여 시스템을 미세 조정하십시오. 이것은 전위차계를 아날로그 핀 A0에 연결하고 코드를 수정하여 전위차계를 읽고 map () 함수를 사용하여 가장 쉽게 수행 할 수 있습니다. K_p = map (analogRead (A0), 0, 1023, 0, 20000);
이 튜토리얼의 나머지 부분에서는 프로그램의 주요 기능 중 일부에 대해 자세히 설명합니다. 다시 한번 우리는 이것이 완전한 튜토리얼이 아니라 자신의 프로그램을 만들 때 고려해야 할 사항에 대한 개요임을 반복합니다.
교정 프로그램 개요
동기 제어가 이루어지기 전에 먼저 시스템을 보정해야합니다. 여기에는 제품 사양에 명시된대로 1 인치당 (+/- 5) 펄스의 허용 오차가 있기 때문에 작동주기 당 펄스 수를 계산하는 것이 포함됩니다. 아래 프로그램을 업로드하고 실행하십시오. 이 프로그램은 액추에이터 (라인 53)를 완전히 후퇴시키고 광학 펄스 카운터 변수를 0으로 설정 한 다음 완전히 확장되고 완전히 후퇴합니다 (각각 라인 63 및 74). 이 작동주기 동안 펄스 수는 인터럽트 서비스 루틴 (ISR), 라인 153 및 166에 의해 계산됩니다. 작동주기가 완료되면 평균 펄스 수가 출력됩니다 (88 행). 나중에이 값을 기록해 두십시오.
https://gist.github.com/Will-Firgelli/89978da2585a747ef5ff988b2fa53904
동기식 프로그램 개요
동기 제어 프로그램을 업로드하기 전에 먼저 보정 프로그램에서 출력 한 값을 23 행에 복사하고 현재 배열 : {908, 906}을 자신의 값으로 바꿔야합니다. 또한 35lb 선형 액추에이터를 사용하는 경우 29 행의 변수 값을 20 밀리 초에서 8 밀리 초로 변경해야합니다.
한 번 완전히 후퇴 한 후 (원점 식별을 위해) 확장, 후퇴 및 중지 명령에 해당하는 세 개의 버튼을 눌러 두 선형 액추에이터를 동시에 이동할 수 있습니다. 액추에이터는 상대 펄스 카운터를 비교하고 항상 동기 상태를 유지하도록 속도를 조정하여 고르지 않은 부하에서도 동기 상태를 유지합니다. 현재 프로그램은 평형 주변에서 오버 슈트 및 진동의 영향을 받기 때문에 단순한 비례 컨트롤러 라인 93을 구현합니다. 37 행에 정의 된 K_p 변수를 변경하여이를 조정할 수 있습니다.이것은 전위차계를 아날로그 핀 A0에 연결하고 코드를 수정하여 전위차계를 읽고 map () 함수를 사용하여 가장 쉽게 수행 할 수 있습니다. K_p = map (analogRead (A0), 0, 1023, 0, 20000);
최상의 결과를 얻으려면 비례 컨트롤러를 제거하고 PID 제어 루프를 구현하는 것이 좋습니다. 그러나 이것은이 입문 자습서의 범위를 벗어나고 의도적으로 생략되었습니다.
https://gist.github.com/Will-Firgelli/44a14a4f3cac3209164efe8abe3285b6
Bullet 36 및 Bullet 50 액추에이터를 동기식으로 사용
광학 시리즈 선형 액추에이터 외에도 엔코더가 내장 된 두 가지 선형 액추에이터 인 Bullet 36 Cal을 제공합니다. 및 Bullet 50 Cal은 모두 내부 쿼드 러처 홀 효과 인코더가 있습니다. 홀 효과 인코더는 광학 인코더와 동일한 원리로 작동하지만 빛을 사용하는 대신 자기를 사용합니다. 또한 구적 엔코더이기 때문에 각각 90도 위상차가있는 두 개의 신호 출력이 있습니다. 따라서 4 개 이상의 인터럽트 핀 (Arduino Uno에는 2 개만 있음)이있는 Arduino 보드를 사용하고 액추에이터 당 2 개의 신호에서 입력을 처리하도록 코드를 수정해야합니다. 또한 디 바운스 시간 변수 인 falsepulseDelay를 K_p와 함께 조정해야합니다.
자신 만의 프로그램 작성을위한 팁
2 개 이상의 선형 액추에이터
두 개 이상의 선형 액추에이터를 사용할 때 Arduino Uno는 두 개의 인터럽트 핀만 사용할 수 있으므로 더 이상 작동하지 않습니다. 적절한 수의 인터럽트 핀을 사용할 수있는 Arduino 보드를 사용해야합니다. 자세한 정보 : https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/
둘째, 효율성을 위해 배열 및 for () 루프를 사용하여 프로그래밍을 벡터화하여 각 액추에이터를 반복하는 것이 좋습니다.
디 바운싱
많은 센서와 마찬가지로 수신 거부 신호를 인식하는 것이 중요합니다. 기계식 스위치와 마찬가지로 인코더는 바운스로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다. 위의 예에서 바운싱 프로세스는 간단한 지연(falsepulseDelay 변수에 의해 정의됨)에 의해 처리되었으며, 수신 대기 노이즈를 필터링하기 위해 수행하는 소프트웨어 변경 또는 물리적으로 회로에서 이를 처리하는 것이 중요합니다.
롤 오버 처리
코드를 수정하는 경우 밀리() 함수를 처리할 때 롤오버에 유의해야 합니다. 밀리() 및 마지막DebounceTime 배열은 서명되지 않은 긴 변수로 선언되어 최대 4,294,967,295(32^2-1)의 값을 저장할 수 있습니다. 이는 대략 49.7일의 롤오버 기간을 변환합니다. 현재 프로그램은 ISR(중단 서비스 루틴) 기능에서 롤오버를 처리하도록 설계되었지만, count_0 count_1 이 프로그램을 수정하면 가변 롤오버를 올바르게 처리해야 하며, 49.7일 연속 으로 프로그램이 중단됩니다. 자세한 내용은 다음을 참조하십시오. https://www.norwegiancreations.com/2018/10/arduino-tutorial-avoiding-the-overflow-issue-when-using-millis-and-micros/
