Kuczmann Miklós

Lineáris rendszerek és szabályozások Arduino UNO mikrovezérlővel

IV.2.3. A vizsgálatokat vezérlő program kerete

A méréseket a következő keretprogram segítségével végeztük el, amelynek részleteit a későbbiekben adjuk meg lépésről lépésre.

függvényben megadjuk a soros adatátvitel sebességét, inicializáljuk a távolságmérő szenzort és vízszintes helyzetbe állítjuk a rudat. A szervomotort a 9-edik digitális kimenethez csatlakoztatjuk, amely egyben a motor PWM-gerjesztésére is alkalmas (PWM – pulse width modulation, impulzusszélesség-moduláció). A vízszintes helyzet a szervomotoron, annak behelyezése miatt, itt

-nak felel meg. A

-os mozgatás segítségével a pingponglabda előbb a szenzorhoz gurul, ami a labda kiindulási állapota.

függvényben valósul meg a rendszer vizsgálata és a szabályozási hurok is. Itt a távolságmérést követően hibát számolunk, majd a szabályozási algoritmus segítségével meghatározzuk a

típusú

beavatkozó jelet, amit a

függvény segítségével a motorra adunk. Bizonyos, később részletezett változókat ezután felül kell írni, a szabályozás szempontjából érdekes változókat pedig el kell menteni a soros porton keresztül.

#include "Adafruit_VL53L0X.h"

#include <Servo.h>

// 0.) Szükséges változók definiálása

Servo myservo;

Adafruit_VL53L0X lox = Adafruit_VL53L0X();

float u = 0;

void setup() {

Serial.begin(115200);

if (!lox.begin()) { Serial.println(F("Failed to boot VL53L0X")); while(1);}

myservo.attach(9);

myservo.write(65); delay(1000);

myservo.write(83); delay(2000);

}

void loop() {

VL53L0X_RangingMeasurementData_t measure;

lox.rangingTest(&measure, false);

if (measure.RangeStatus != 4) {

// 1.) Mérés

// 2.) Hibaszámítás

// 3.) Beavatkozó jel számítása

// 4.) Beavatkozás

myservo.write((int)(83.0-u*180.0/3.1415));

// 5.) Változók felülírása és soros porton történő továbbítása

} else {

Serial.println(" out of range ");

}

A távolságmérés, a mért érték korrekciója és a hibaszámítás a következő programrészlettel történik:

r1 = measure.RangeMilliMeter+20.00; // a labda sugara 20mm

if (r1>100) {r1=r1-(p1*pow(r1,3) + p2*pow(r1,2) + p3*r1 + p4);}

r = (r1+r1_old)/2.0;

r1_old = r1;

float error = Ref - r/1000.0;

A labda

távolsága alatt a labda középpontjának szenzortól mért távolságát értjük (IV.28. ábra). A szenzor azonban a labda felületének távolságát méri, emiatt a mért távolságértékhez hozzá kell adni a labda

sugarát. A mért értéket

jelöli. A korrekciót követő

átlagoló művelet egy egyszerű zajszűrés, el is hagyható a kódban. Az

hiba aztán a

referencia és az

mért érték különbsége. A bevezetett változók és paraméterek

ként definiálhatók a program elején.

szabályozójel számítását a későbbiekben részletezzük. Azt viszont kiemeljük, hogy a szabályozó kimenete, azaz a szakasz bemenete radiánban értendő. A megvalósítás során fokban, egész értékre kerekített szögelfordulást kell megadni.

A szükséges változók értéke soros porton keresztül elérhető. Az alábbi programrészlet például a referenciajel és a mért távolság értékét küldi a soros portra:

Serial.print(Ref*1000); Serial.print(",");

Serial.print(r); Serial.print("\n");

Lineáris rendszerek és szabályozások Arduino UNO mikrovezérlővel

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 238 9

Műszaki tudományok

A könyv a lineáris rendszerek és lineáris szabályozások témaköreit dolgozza fel azzal a céllal, hogy az elméleti ismereteket egyszerűen kivitelezhető gyakorlati problémák megoldásával támassza alá, különös hangsúlyt fektetve ezért az Arduino UNO mikrovezérlő használatára. Fontos célunk, hogy a bemutatott demonstrációs eszközök egyszerűen kivitelezhetőek legyenek, így az eredmények könnyen rekonstruálhatóak, ugyanakkor jó alapot biztosítanak a továbblépéshez, bonyolultabb berendezések építéséhez, és az elmélet helyes alkalmazásához.

Az első rész a felhasznált hardvereket és szoftvereket mutatja be. A Matlab alapvető jelentőségű rendszerek analízisében, szabályozások tervezésében, és a különféle szimulációkban. A könyvbeli példákat Matlab környezetben dolgoztuk ki. Ezek bemutatása nagyon részletes, a példák nagyban segítik az elmélet megértését. Az Arduino UNO mikrovezérlőre és a hozzá kapcsolható egyéb hardverekre egyszerűségük és kedvező áruk miatt esett a választás. A Matlab környezetben tervezett szabályozókat, illetve a méréseket ezzel a mikrovezérlővel valósítjuk meg.

Számos nagyon jó könyv létezik, amelyek a szükséges mélységben vezetik be az Olvasót a Jelek és rendszerek, illetve a Szabályozástechnika témakörökbe. Néhányat a könyv végén található irodalomjegyzékben megadunk. Szándékosan csak magyar nyelvű könyveket sorolunk itt fel, a témakör hazai és nemzetközi irodalma óriási.

A második részben a Jelek és rendszerek témakörét dolgozzuk fel, ahol az elméleti háttér mellett illusztratív példákat hozunk, melyek segítségével könnyebben érthetővé válnak a tárgyalt fogalmak és módszerek. A témában számos kiváló irodalom fellelhető, melyekre hivatkozva tömör összefoglalását adjuk a témakörnek.

A harmadik rész a Szabályozástechnika területét járja körbe, ismét csak nagyon tömören, a klasszikus PID szabályozóktól az állapottér alapú szabályozásokig mutatjuk be a módszereket. Az elméleti alapokat egy konkrét példa illusztrálja.

A negyedik rész két esettanulmányt tárgyal nagyon részletesen. Az első egy egyenáramú motor, melynek modellezését, paramétereinek méréseken alapuló identifikálását és fordulatszámának szabályozását mutatjuk be. A másik egy instabil rendszer, egy lejtőn guruló golyó stabilizálását valósítja meg. Elvégezzük a demonstrációs eszközök aprólékos matematikai modellezését, a szabályozási körök elméleti tervezését, majd gyakorlati megvalósítását.

Reményeink szerint a könyv az Olvasó segítségére lesz a lineáris rendszerek és szabályozások megismerésében, valamint gyakorlatban való alkalmazásukban. A könyv jól használható az egyetemi mérnöki és informatikus oktatásban, különösen a témakörbe vágó szakdolgozatok, diplomamunkák és a hallgatói kutatómunka területén.

A közölt mintaprogramok szabadon felhasználhatók, továbbfejleszthetők.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kuczmann-linearis-rendszerek-es-szabalyozasok-arduino-uno-mikrovezerlovel//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero