Page 10 - Fister jr., Iztok, and Andrej Brodnik (eds.). StuCoSReC. Proceedings of the 2018 5th Student Computer Science Research Conference. Koper: University of Primorska Press, 2018
P. 10
igner. S tem orodjem se ustvari mehki regulator, ka- Slika 11: Plovec aerodinamiˇcne oblike.
teremu doloˇcimo ˇstevilo in oblike pripadnostnih funkcij ter
napiˇsemo bazo pravil. Kot je razvidno iz slike 10, vhodni
mnoˇzici v mehki regulator predstavljata pogreˇsek med de-
jansko in ˇzeljeno viˇsino plovca v vetrovniku, ter njegov od-
vod.
Mehki regulator spreminja vrednost pulzno-ˇsirinskega signala
v malem obmoˇcju okoli vrednosti, pri kateri plovec lebdi v
vetrovniku. Hitrost veq potrebna za levitacijo pa je odvi-
sna od mase plovca in zmoˇznosti premikanja po cevi – ˇce se
plovec zatika ob cev, je potrebna viˇsja hitrost in obratno.
Slika 10: Regulacijska proga z vkljuˇcenim mehkih regula- ki jih povzroˇca ventilator, so odpravljene tako, da je pla-
torjem. Veliˇcina y predstavlja viˇsino, na kateri se nahaja stiˇcna osnova privita na debelejˇsi in teˇzji kos podlage. Za
plovec. pravilno delovanje sistema, je zelo pomemben tudi nemoten,
predvsem pa zadosten dotok zraka, ki sluˇzi tudi hlajenju kr-
5. SESTAVLJANJE KOMPONENT milnika ESC. Ta se lahko zaradi visokih nazivnih tokov pri
krmiljenju ventilatorja temu primerno segreje. Napajanje
Sestava komponent vetrovnika je bila sorazmerno preprosta, sistema je moˇzno izvesti na veˇc naˇcinov, z uporabo labora-
vendar je bilo kljub temu med gradnjo sistema potrebno re- torijskega napajalnika (0-50V, 20 A), raˇcunalniˇskega napa-
ˇsiti nekaj teˇzav. Optiˇcni senzor VL53L0X komunicira s kr- jalnika ali s pomoˇcjo LiPo baterije 3S, ki je pogosto upo-
milnikom STM32F407 preko I2C komunikacije, zato je bila rabljena v modelarstvu. Na ta naˇcin je zagotovljena tudi
omejena dolˇzina kabla, ki povezuje senzor s krmilnikom. Kr- prenosljivost preizkuˇsevaliˇsˇca, ki je primerno za demonstra-
milnik je bilo zato potrebno namestiti v neposredno bliˇzino cijsko rabo v pedagoˇskem procesu.
senzorja. V ta namen je bil izdelan preprost nosilec, ki je bil
z vroˇcim lepilom pritrjen na cev vetrovnika, kot prikazuje 6. REZULTATI
slika 17. Na spodnji strani je bila cev skupaj z usmernikom
zraka vstavljena v osnovo, natisnjeno s 3D tiskalnikom. Iz V konˇcnem izdelku nam PID regulatorja ni uspelo imple-
spodnje strani je bil vanjo nameˇsˇcen ˇse ventilator ter v ˇskatlo mentirati predvsem zaradi:
ob osnovi krmilnik motorja, ki je z dvema ˇzicama povezan
na mikrokrmilnik (slika 16). Prvi testi so pokazali, da se • predolgega ˇcasa zajema poloˇzaja plovca. Cˇ as potreben
v sistemu pojavi precej vibracij, ki neugodno vplivajo na za pridobitev novega podatka o viˇsini je trajal preko
premikanje plovca po cevi. Oblika plovca, predvsem ˇsirina, 100 ms, kar je bilo za regulacijo sistema obˇcutno pre-
je omejena s komponentami, ki se nahajajo v njem, poleg veˇc. Dodatno je potrebno upoˇstevati ˇse ˇcas do nove na-
tega pa ˇse z notranjim premerom cevi. Preˇsirok plovec se stavitve hitrosti, ki ga zaradi USB komunikacije v obe
zaradi preslabega obtoka zraka ni vrtel in se je zatikal ob smeri, ter obdelave algoritma ocenjujemo na vsaj 10
cev. Oˇzji plovec je bil s staliˇsˇca vrtenja ob zagonu boljˇsa iz- ms. Teˇzava s posredovanjem novega podatka sicer ni
bira, vendar zaradi notranjih komponent in naˇcina izdelave, bila v samem senzorju, saj le-ta zmore zagotoviti novo
njegovega teˇziˇsˇca ni bilo lahko spraviti na os vrtenja, zato vrednost vsakih 20 ms v reˇzimu hitrega zajema podat-
je kmalu po zaˇcetku vrtenja postal nestabilen. Plovec je bil kov, temveˇc v izvajanju prekinitvene rutine. Najniˇzji,
ˇse dodatno obteˇzen, saj so se na ta naˇcin poveˇcale ˇcasovne ˇse mogoˇc ˇcas proˇzenja prekinitev preko ˇcasovnika je
konstante sistema in spustile zahtevo po visokem vzorˇceval- znaˇsal 100 ms. Natanˇcnega razloga, zaradi katerega
nem ˇcasu. Pri konˇcni izvedbi so zdruˇzene dobre lastnosti nismo mogli doseˇci hitrejˇsega izvajanja prekinitev, ne
obeh prej omenjenih izvedb. Na zaˇcetku je plovec oˇzji in za- poznamo, predvidevamo pa, da je bil procesor v tem
gotavlja zadosten obtok zraka, zadnji del plovca pa je ˇsirˇsi. ˇcasu preobremenjen.
Opletanje plovca je reˇseno s tem, da je razlika med ˇsirino
plastiˇcne cevi in zadnjega dela plovca le 1 mm, istoˇcasno pa • nezmoˇznosti PID regulatorja, da mu nastavimo karak-
je s krilci omogoˇceno njegovo vrtenje. teristiko, saj se v celotnem podroˇcju regulator obnaˇsa
enako. PID regulator, ki je bil sposoben drˇzati plovec
Cˇ eprav je bila prvotna ideja o regulaciji preko podatkov ˇziro- v bliˇzini referenˇcne toˇcke smo sicer izdelali, vendar z
skopa in pospeˇskometra opuˇsˇcena, pa je bilo vrtenje plovca rezultatom nismo bili zadovoljni.
pomembno, saj se je plovec ob konstantnem vrtenju laˇzje
premikal ter laˇzje dosegel ˇzeleno vrednost viˇsine. Vibracije, V obeh omenjenih pomanjkljivostih PID regulatorja pa ima
uporaba mehkega regulatorja prednost. Uporaben je pri po-
ˇcasnejˇsih ˇcasih vzorˇcenja, njegova najveˇcja prednost pa je
ta, da omogoˇca bolj transparentno nastavljanje njegovih pa-
rametrov [13]. Strokovnjak, ki naˇcrtuje regulator ima tako
izboljˇsano predstavo o relaciji med vhodnimi in izhodnimi
podatki, kar pa je za PID teˇzko trditi. Glavni parametri,
od katerih je odvisno delovanje mehkega regulatorja so ˇste-
StuCoSReC Proceedings of the 2018 5th Student Computer Science Research Conference 10
Ljubljana, Slovenia, 9 October
teremu doloˇcimo ˇstevilo in oblike pripadnostnih funkcij ter
napiˇsemo bazo pravil. Kot je razvidno iz slike 10, vhodni
mnoˇzici v mehki regulator predstavljata pogreˇsek med de-
jansko in ˇzeljeno viˇsino plovca v vetrovniku, ter njegov od-
vod.
Mehki regulator spreminja vrednost pulzno-ˇsirinskega signala
v malem obmoˇcju okoli vrednosti, pri kateri plovec lebdi v
vetrovniku. Hitrost veq potrebna za levitacijo pa je odvi-
sna od mase plovca in zmoˇznosti premikanja po cevi – ˇce se
plovec zatika ob cev, je potrebna viˇsja hitrost in obratno.
Slika 10: Regulacijska proga z vkljuˇcenim mehkih regula- ki jih povzroˇca ventilator, so odpravljene tako, da je pla-
torjem. Veliˇcina y predstavlja viˇsino, na kateri se nahaja stiˇcna osnova privita na debelejˇsi in teˇzji kos podlage. Za
plovec. pravilno delovanje sistema, je zelo pomemben tudi nemoten,
predvsem pa zadosten dotok zraka, ki sluˇzi tudi hlajenju kr-
5. SESTAVLJANJE KOMPONENT milnika ESC. Ta se lahko zaradi visokih nazivnih tokov pri
krmiljenju ventilatorja temu primerno segreje. Napajanje
Sestava komponent vetrovnika je bila sorazmerno preprosta, sistema je moˇzno izvesti na veˇc naˇcinov, z uporabo labora-
vendar je bilo kljub temu med gradnjo sistema potrebno re- torijskega napajalnika (0-50V, 20 A), raˇcunalniˇskega napa-
ˇsiti nekaj teˇzav. Optiˇcni senzor VL53L0X komunicira s kr- jalnika ali s pomoˇcjo LiPo baterije 3S, ki je pogosto upo-
milnikom STM32F407 preko I2C komunikacije, zato je bila rabljena v modelarstvu. Na ta naˇcin je zagotovljena tudi
omejena dolˇzina kabla, ki povezuje senzor s krmilnikom. Kr- prenosljivost preizkuˇsevaliˇsˇca, ki je primerno za demonstra-
milnik je bilo zato potrebno namestiti v neposredno bliˇzino cijsko rabo v pedagoˇskem procesu.
senzorja. V ta namen je bil izdelan preprost nosilec, ki je bil
z vroˇcim lepilom pritrjen na cev vetrovnika, kot prikazuje 6. REZULTATI
slika 17. Na spodnji strani je bila cev skupaj z usmernikom
zraka vstavljena v osnovo, natisnjeno s 3D tiskalnikom. Iz V konˇcnem izdelku nam PID regulatorja ni uspelo imple-
spodnje strani je bil vanjo nameˇsˇcen ˇse ventilator ter v ˇskatlo mentirati predvsem zaradi:
ob osnovi krmilnik motorja, ki je z dvema ˇzicama povezan
na mikrokrmilnik (slika 16). Prvi testi so pokazali, da se • predolgega ˇcasa zajema poloˇzaja plovca. Cˇ as potreben
v sistemu pojavi precej vibracij, ki neugodno vplivajo na za pridobitev novega podatka o viˇsini je trajal preko
premikanje plovca po cevi. Oblika plovca, predvsem ˇsirina, 100 ms, kar je bilo za regulacijo sistema obˇcutno pre-
je omejena s komponentami, ki se nahajajo v njem, poleg veˇc. Dodatno je potrebno upoˇstevati ˇse ˇcas do nove na-
tega pa ˇse z notranjim premerom cevi. Preˇsirok plovec se stavitve hitrosti, ki ga zaradi USB komunikacije v obe
zaradi preslabega obtoka zraka ni vrtel in se je zatikal ob smeri, ter obdelave algoritma ocenjujemo na vsaj 10
cev. Oˇzji plovec je bil s staliˇsˇca vrtenja ob zagonu boljˇsa iz- ms. Teˇzava s posredovanjem novega podatka sicer ni
bira, vendar zaradi notranjih komponent in naˇcina izdelave, bila v samem senzorju, saj le-ta zmore zagotoviti novo
njegovega teˇziˇsˇca ni bilo lahko spraviti na os vrtenja, zato vrednost vsakih 20 ms v reˇzimu hitrega zajema podat-
je kmalu po zaˇcetku vrtenja postal nestabilen. Plovec je bil kov, temveˇc v izvajanju prekinitvene rutine. Najniˇzji,
ˇse dodatno obteˇzen, saj so se na ta naˇcin poveˇcale ˇcasovne ˇse mogoˇc ˇcas proˇzenja prekinitev preko ˇcasovnika je
konstante sistema in spustile zahtevo po visokem vzorˇceval- znaˇsal 100 ms. Natanˇcnega razloga, zaradi katerega
nem ˇcasu. Pri konˇcni izvedbi so zdruˇzene dobre lastnosti nismo mogli doseˇci hitrejˇsega izvajanja prekinitev, ne
obeh prej omenjenih izvedb. Na zaˇcetku je plovec oˇzji in za- poznamo, predvidevamo pa, da je bil procesor v tem
gotavlja zadosten obtok zraka, zadnji del plovca pa je ˇsirˇsi. ˇcasu preobremenjen.
Opletanje plovca je reˇseno s tem, da je razlika med ˇsirino
plastiˇcne cevi in zadnjega dela plovca le 1 mm, istoˇcasno pa • nezmoˇznosti PID regulatorja, da mu nastavimo karak-
je s krilci omogoˇceno njegovo vrtenje. teristiko, saj se v celotnem podroˇcju regulator obnaˇsa
enako. PID regulator, ki je bil sposoben drˇzati plovec
Cˇ eprav je bila prvotna ideja o regulaciji preko podatkov ˇziro- v bliˇzini referenˇcne toˇcke smo sicer izdelali, vendar z
skopa in pospeˇskometra opuˇsˇcena, pa je bilo vrtenje plovca rezultatom nismo bili zadovoljni.
pomembno, saj se je plovec ob konstantnem vrtenju laˇzje
premikal ter laˇzje dosegel ˇzeleno vrednost viˇsine. Vibracije, V obeh omenjenih pomanjkljivostih PID regulatorja pa ima
uporaba mehkega regulatorja prednost. Uporaben je pri po-
ˇcasnejˇsih ˇcasih vzorˇcenja, njegova najveˇcja prednost pa je
ta, da omogoˇca bolj transparentno nastavljanje njegovih pa-
rametrov [13]. Strokovnjak, ki naˇcrtuje regulator ima tako
izboljˇsano predstavo o relaciji med vhodnimi in izhodnimi
podatki, kar pa je za PID teˇzko trditi. Glavni parametri,
od katerih je odvisno delovanje mehkega regulatorja so ˇste-
StuCoSReC Proceedings of the 2018 5th Student Computer Science Research Conference 10
Ljubljana, Slovenia, 9 October
