なんでも作っちゃう、かも。

床拭きロボットの製作（3）- フィードバック制御でDCモータの回転速度を制御する

Posted by arms22 on 2017年02月26日 0　 0

フィードバック制御を組み込んで速度制御を行えるようになったので、その制御方法と結果についてまとめておきます。


速度制御

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速度指令は1秒あたりのパルス数＝パルス秒としました。エンコーダ入力との差分をPID制御器に入力し、PID制御器の演算結果をPWMのデューティーとして使用しています。
　PID制御器の出力はPWMデューティー幅に制限し、リセットワインドアップの対策としてPID制御器の出力がPWMデューティーの範囲を超えたら積分の演算を止めるようにしました。
　エンコーダからの入力はA相のパルス間隔をタイマーのインプットキャプチャ機能を使って計測し、速度（パルス秒）に変換しています。


制御成績

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実験に使用したモータはPololu社のエンコーダ付きギアードモータで、負荷としてタミヤのスポーツタイヤを取り付けています。計測はタイヤを浮かした状態（空転）で行いました。PIDのパラメータはステップ応答法、またステップ応答法の1種であるCHR法で求めました。縦軸は速度（パルス秒）、横軸は時間（ミリ秒）です。

ステップ応答法で求めたPIDパラメータを使用した場合のP制御とPI制御それとPID制御の結果を以下に示します。またCHR法で求めたPIDパラメータを使用したPID制御の結果も以下に示します。

Pololu 20.4:1 金属ギヤードモータ 25Dx50L mm LP 6V 48CPRエンコーダ付き
タミヤ スポーツタイヤセット(56mm径)


P制御 Kp 3.74491



PI制御 Kp 3.37042 Ki 127.66741



PID制御　Kp 4.49389　Ki 280.86830　Kd 0.01798



CHR法（目標追従：0％）Kp 2.24695　Ki 54.80357　Kd 0.00899



CHR法（目標追従：0％）Kp 2.24695　Ki 54.80357　Kd 0.00899　1200ppsから1000pps



ソースコード

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ソースコードはgithubで公開しています。
arms22/motor_pid_test: DC motor PID control test code


参考URL

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PID制御 - Wikipedia
PID controller - Wikipedia
PID制御 - MATLAB & Simulink
モータの制御法
滑らかで安定したライントレースを実現する (1/2)