Tài liệu Robot 2 bánh tự cân bằng thuật toán pid

Mô tả:

LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v MỤC LỤC HÌNH ẢNH vi MỤC LỤC BẢNG vii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG 1 1.1 Yêu cầu của đề tài 1 1.2 Giới thiệu 1 1.3 Mục tiêu đề tài 2 1.4 Hướng thực hiện đề tài 2 1.5 Mục đích nghiên cứu 3 1.6 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới 3 1.6.1 Trong nước 3 1.6.2 Nước ngoài 3 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 7 2.1 Thiết kế hệ thống 7 2.1.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 7 2.1.2 Chức năng của từng khối 8 2.2 Thiết kế phần cứng 9 2.2.1 Sơ đồ mạch điện 9 2.2.2 Nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống 9 2.2.3 Thông số kỹ thuật của từng thiết bị 10 2.3 Thiết kế phần mềm 18 2.3.1 Giới thiệu về 6 trục trong chuyển động 18 2.3.2 Mạch cầu H 19 2.4 Thuật toán điều khiển 23 2.5 Thuật toán điều khiển PID. 23 2.5.1 .Giới thiệu về thuật toán PID 23 2.5.2 Lựa chọn bộ thông số PID 27 2.5.3 Giới thiệu về Arduino IDE 30 2.5.4 Khởi tạo một chương trình 31 2.5.5 Cấu trúc của một chương trình trong phần mềm Arduino IDE 33 CHƯƠNG 3. THỬ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Môi trường thử nghiệm 35 3.2 Kịch bản 35 3.3 Kết quả thử nghiệm 36 3.4 Xét tính ổn định của 3 thông số đã chọn 37 3.4.1 Trong phòng 37 3.4.2 Ngoài trời 38 3.4.3 Tác động nhẹ bên ngoài 39 3.4.4 Nhận xét 40 3.5 Giải thích kết quả 40 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 41 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AMS Advanced Monolithic Systems AT Atmel DC Direct Current GND Ground GPS Global Positioning System IC Integrated Circuit I2C Inter-Integrated Circuit IDE Integrated Development Environment LED Light Emitting Diode MCU Micro Control Unit MPU Motion Processing Unit PID Propotional Integral Derivative PWM Pulse Width Modulation TTL Transistor-Transistor Logic VCC Voltage Common Collector MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1:Mô hình xe 2 bánh tự cân bằng 2 Hình 1.2:Mô hình robot hai bánh cân bằng 3 Hình 1.3:Robot nBot 4 Hình 1.4: Robot EquipoiseBot 4 Hình 1.5 Robot EquipoiseBot 5 Hình 1.6:Robot hai bánh cân bằng WobblyBot 5 Hình 1.7: Robot hai bánh cân bằng tiltOne 6 Hình 1.8: Robot hai bánh của hãng TOYOTA 6 Hình 2.1:Sơ đồ khối của hệ thống 7 Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện 9 Hình 2.3: Sơ đồ chân của Arduino Nano 10 Hình 2.4:Module cảm biến gia tốc MPU6050 11 Hình 2.5:Sơ đồ chân IC L298 12 Hình 2.6:Sơ đồ chân LM7805 13 Hình 2.7: Động cơ DC 13 Hình 2.8: kích thước động cơ DC 14 Hình 2.9: PIN Li-Ion Panasonic NCR18650A 15 Hình 2.10: Hình 3D mô phỏng (1) 16 Hình 2.11: Hình 3D mô phỏng (2) 16 Hình 2.12: Bản vẻ kích thước Mô hình 17 Hình 2.13:Hình miêu tả 6 trục 18 Hình 2.14:Mạch cầu H 19 Hình 2.15: Mạch cầu H khi đảo chiều 20 Hình 2.16:Mạch cầu H sử dụng transistor BJT 20 Hình 2.17:Mạch cầu H 21 Hình 2.18: Mạch cầu H 22 Hình 2.19: Thuật toán điều khiển 23 Hình 2.20: Tác động của hệ số tỉ lệ tới đầu ra của hệ thống 25 Hình 2.21: Tác động của hệ số tích phân tới đầu ra của hệ thống 26 Hình 2.22: Tác động của hệ số vi phân tới đầu ra của hệ thống 27 Hình 2.23: Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID 27 Hình 2.24: Logo và giao diện chính của Arduino IDE 30 Hình 2.25: Chức năng các Menu chính 31 Hình 2.26:Mở chương trình mẫu trong Arduino 32 Hình 2.27:Cấu trúc một chương trình trong Arduino IDE 33 Hình 3.1:Mô hình thực tế 34 Hình 3.2: Hiển thị trạng thái của MPU6050 trên IDE 35 Hình 3.3: Mô hình xe đã cân bằng 36