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PIDサーボ学習キット   概要 | ハードウェア | ソフトウェア | プログラム解説 | Q&A
 サーボモータ学習キット(以下本キット)では、PIC18F1320というPICマイコンを使用しています。PICマイコンの中には、モータを制御するプログラムとモータの定位置制御(サーボ制御)をするプログラムとPCソフトとの通信をするプログラムが書き込まれています。モータの回転方向はリレーの切り替えで、モータのパワーはPWMによって制御しています。

サーボモータの仕組み PID制御とは

PID制御は、3つの要素から成り立っています。

:比例制御(指示位置との差に比例してモータを動かす制御)
:積分制御(モータ位置を保持する制御)
:微分制御(素早く指示位置にモータを動かす制御)

 PID制御のメリットはこれら3つの制御のパラメータを変更することでサーボモータの特性を変更できることです。たとえば、P制御パラメータの値を下げればサーボモータはゆっくりと指示位置に向かいます。3つのパラメータは専用PCソフトを使用して変更できます。

PIDパラーメータの設定方法(限界感度法)
動作の種類
比例定数
積分時間
微分時間
P動作
0.5×Kc
0
PI動作
0.45×Kc
0.83×Tc
0
PID動作
0.6×Kc
0.5×Tc
0.125×Tc

サーボモータとは、こちら側(人、コンピュータ)の指定する指示位置にモータの位置をあわせようとするモータです。この仕組みをサーボシステムといいます。これは、モータ位置をポテンショメータで検出し、指示位置との差を求め、制御器がモータを制御する仕組みになっています。これにより、モータを指示した位置で止めることができるようになっています。

 このキットの場合は基板上にあるポテンショメータが指示位置に当たり、モータ位置はギヤボックスに取り付けたポテンショメータで検出します。指示位置とモータ位置から制御器に当たるPICマイコンがモータを制御しています。モータの制御方法ですが、このキットでは昔からあるPID制御を使用しています。

PIDパラメータの設定方法

サーボ動作の特性を変更するために、PIDパラメータ(「比例定数:Kp」「積分時間:Ti」「微分時間:Td」)の設定について説明します。
比例定数Kp:この値を大きくすると指示位置に到達するまでの時間は短くなります。
積分時間Ti:この値を小さくすると静止位置でのモータの保持力が増します。
微分時間Td:この値を大きくすると指示位置に早く到達します。
いずれの値も大きくしすぎるとモータが指示位置の付近で発振し、指示位置に到達できませんので注意して設定してください。
モータ位置をスムーズに指示位置に向かわせるためのパラメータの設定方法としてステップ応答法と限界感度法があります。ここでは限界感度法について説明します。

■限界感度法■
Kpを次第に大きくしていき、モータ位置が振動するところでKpの増加をやめます。
このときのKpをKc(本キットでは約50ぐらい)、振動周期をTc秒とすると右の表でパラメータが求められます。


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