10058

طراحي و ساخت ربات دنبال‌كننده خط با استفاده از كنترل PID براي كنترل سرعت موتورها

كارشناسي

مهندسي برق - كنترل

1404

جواد پشتان

جواد پشتان

1404/08/15

مهندسي برق

Design & Implementation of a Line tracker Robot Using PID Controller for Motor Speed Control

در اين پژوهش، طراحي و پياده‌سازي يك ربات دنبال كننده خط هوشمند مبتني بر كنترل‌كننده‌ي PID مورد بررسي و اجرا قرار گرفته است. هدف اصلي، افزايش دقت، سرعت و پايداري در دنبال‌كردن مسير خط نسبت به روش‌هاي ابتدايي مانند كنترل روشن/خاموش (Bang-Bang) بوده است. بدين منظور، سخت‌افزار ربات شامل يك برد ESP32 به عنوان واحد پردازشگر مركزي، يك درايور موتور L298N، دو موتور DC به همراه چرخ‌ها و يك مجموعه حسگر مادون قرمز ديجيتال پنج‌تايي براي آشكارسازي خط طراحي و ساخته شد. الگوريتم كنترل ربات بر پايه‌ي محاسبه‌ي خطاي موقعيت لحظه‌اي مسير و اعمال قانون PID طراحي گرديد. در اين روش، خطاي حاصل از اختلاف بين موقعيت مركز خط و مركز ربات به كمك حسگرها محاسبه شده و سه جمله‌ي تناسبي (P)، انتگرالي (I)و مشتقي (D)به صورت در لحظه (real-time) بر روي سرعت و جهت چرخش موتورهاي محرك اعمال مي‌شوند. اين كار باعث مي‌شود كه ربات در مقايسه با روش‌هاي ساده‌تر، واكنش سريع‌تر و نرم‌تري نسبت به تغييرات مسير داشته و از نوسان يا خروج ناگهاني از خط جلوگيري شود. يكي از نوآوري‌هاي اين پروژه، استفاده از ارتباط بلوتوثي براي تنظيم و بهينه‌سازي ضرايب PID در حين اجرا است. اين امكان باعث مي‌شود كاربر بتواند بدون نياز به تغيير و بارگذاري مجدد كد، پارامترهاي Kp، Ki و Kd را به صورت زنده تغيير دهد و بهترين مقادير را براي شرايط مختلف محيطي و سرعت‌هاي گوناگون انتخاب نمايد.نتايج آزمايش‌هاي عملي نشان داد كه ربات ساخته‌شده قادر است مسير خط را با دقت بالا و سرعت قابل توجهي دنبال كند و در صورت از دست دادن مسير نيز با استفاده از الگوريتم بازيابي، مجدداً به خط بازگردد. در مقايسه با روش Bang-Bang، روش كنترلي PID توانست نوسانات را كاهش داده و حركت روان‌تري ايجاد كند. اين پروژه نه تنها يك نمونه‌ي كاربردي از پياده‌سازي مفاهيم كنترل كلاسيك در يك سامانه‌ي تعبيه‌شده است، بلكه مي‌تواند به عنوان مبنايي براي توسعه‌ي ربات‌هاي پيشرفته‌تر در حوزه‌ي رباتيك صنعتي و آموزشي مورد استفاده قرار گيرد.

ربات دنبال كننده خط , كنترل PID , ESP32 , بلوتوث , حسگر مادون قرمز , كنترل در لحظه (Real-Time Control)