PID-based Practical Digital Control with Raspberry Pi and Arduino Uno: Raspberry Pi and Arduino Uno

✍ Scribed by Ibrahim Dogan

• Publisher: PUBLITR ELEKTOR
• Tongue: English
• Leaves: 238
• Category: Library

✦ Synopsis

Contrôle numérique pratique basé sur PID avec Raspberry Pi et Arduino Uno Ce livre traite de l'utilisation du Raspberry Pi 4 et de l'Arduino Uno dans des applications de contrôle automatique basé sur le PID. Le livre commence par la théorie de base des systèmes de contrôle et du contrôle par rétroaction. Des projets pratiques et testés sont proposés pour contrôler des systèmes réels à l'aide de contrôleurs PID. La réponse temporelle en boucle ouverte, le réglage des paramètres PID et la réponse temporelle en boucle fermée des systèmes développés sont discutés avec les schémas de principe, les schémas de circuit, les algorithmes des contrôleurs PID et les listages de programmes complets pour le Raspberry Pi et l'Arduino Uno. L'Arduino Uno est un système de développement de microcontrôleur à code source ouvert comprenant du matériel, un environnement de développement intégré (EDI ou IDE en anglais) et un grand nombre de bibliothèques. Il est soutenu par une énorme communauté de programmeurs, d'ingénieurs en électronique, de passionnés et d'universitaires. Les bibliothèques, en particulier, facilitent vraiment la programmation Arduino et réduisent le temps de programmation. De plus, les bibliothèques facilitent grandement le test de vos programmes, puisque la plupart d'entre elles sont fournies entièrement testées et fonctionnelles. Le Raspberry Pi 4 peut être utilisé dans de nombreuses applications telles que les appareils d'audio et vidéo. Il fonctionne également dans les contrôleurs industriels, la robotique, les jeux, et dans de nombreuses applications domestiques et commerciales. Le Raspberry Pi 4 offre également des fonctionnalités Wi-Fi et Bluetooth, ce qui le rend idéal pour les applications de contrôle et de surveillance à distance et sur Internet. Ce livre traite de l'utilisation du Raspberry Pi 4 et de l'Arduino Uno dans des applications de contrôle automatique basé sur le PID. Le livre commence par la théorie de base des systèmes de contrôle et du contrôle par rétroaction. Des projets pratiques et testés sont proposés pour contrôler des systèmes réels à l'aide de contrôleurs PID. La réponse temporelle en boucle ouverte, le réglage des paramètres PID et la réponse temporelle en boucle fermée des systèmes développés sont discutés avec les schémas de principe, les schémas de circuit, les algorithmes des contrôleurs PID et les listages complets des programmes pour le Raspberry Pi et l'Arduino Uno. Les projets proposés dans le livre visent à enseigner la théorie et les applications des contrôleurs PID et peuvent être facilement modifiés pour d'autres applications. Les projets proposés pour le Raspberry Pi 4 devraient fonctionner avec tous les autres modèles de la famille Raspberry Pi. Le livre couvre les sujets suivants :• Systèmes de contrôle en boucle ouverte et en boucle fermée• Capteurs analogiques et numériques• Fonctions de transfert et systèmes à temps continu• Réponses temporelles des systèmes du premier et du second ordre• Systèmes numériques à temps discret• Contrôleurs PID en temps continu• Contrôleurs PID à temps discret• Contrôle de température ON-OFF avec Raspberry Pi et Arduino Uno• Contrôle de température par PID avec Raspberry Pi et Arduino Uno• Contrôle de moteur DC basé sur PID avec Raspberry Pi et Arduino Uno• Contrôle du niveau d'eau par PID avec Raspberry Pi et Arduino Uno• Contrôle de la luminosité des LED-LDR basé sur un PID avec Raspberry Pi et Arduino Uno

✦ Table of Contents

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PID-based Practical Digital Control
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Contents
Preface
1 • Control Systems
1.1 Open-loop and closed-loop
1.2 Microcontroller in the loop
1.3 Control system design
2 • Sensors
2.1 Sensors in Computer Control
2.2 Temperature Sensors
2.2.1 Analog Temperature Sensors
2.2.2 Digital Temperature Sensors
2.3 Position Sensors
2.4 Velocity and Acceleration Sensors
2.5 Force Sensors
2.6 Pressure sensors
2.7 Liquid Sensors
2.8 Flow Sensors
3 • Transfer Functions and Time Response
3.1 Overview
3.2 First-order Systems
3.2.1 Time Response
3.3 Second-order Systems
3.3.1 Time Response
3.4 Time Delay
3.5 Transfer Function of a Closed-loop System
4 • Discrete Time (Digital) Systems
4.1 Overview
4.2 The Sampling Process
4.3 The Z-Transform
4.3.1 Unit step function
4.3.2 Unit ramp function
4.3.3 Tables of z-Transforms
4.4 The z-Transform of a function expressed as a Laplace Transform
4.5 Inverse z-Transforms
4.6 Pulse transfer function and manipulation of block diagrams
4.6.1 Open-loop systems
4.7 Open-loop time response
4.8 Closed-loop system time response
5 • The PID Controller in Continuous-Time Systems
5.1 Overview
5.2 Proportional-only Controller with a First-Order System
5.3 Integral-Only Controller with a First-order System
5.4 Derivative-only Controller with a First-order System
5.5 Proportional + Integral Controller with a First-order System
5.6 Proportional + Integral + Derivative controller with a First-order System
5.7 Effects of Changing the PID Parameters
5.8 Tuning a PID Controller
5.8.1 Open-loop Ziegler and Nichols Tuning
5.8.2 Open-loop Cohen-Coon PID Tuning
5.8.3 Closed-loop Tuning
5.8.4 Practical PID Tuning
5.9 The Auto-tuning PID Controller
5.10 Increasing and Decreasing PID Parameters
5.11 Saturation and Integral Wind-up
5.12 Derivative Kick
5.13 Using the PID Loop Simulator
6 • The Digital PID Controller
6.1 Overview
6.2 Digital PID
6.3 Choosing a Sampling Time, T
6.4 Microcontroller Implementation of the PID Algorithm
7 • On-Off Temperature Control
7.1 Overview
7.2 Temperature Controllers
7.3 Project 1: ON-OFF Temperature Control with Arduino Uno
7.4 Project 2: ON-OFF Temperature Control with Hysteresis and Arduino Uno
7.5 Project 3: ON-OFF Temperature Control with Button Control – Arduino Uno
7.6 Project 4: ON-OFF Temperature Control with Rotary Encoder and Arduino Uno
7.7 Project 5: ON-OFF Temperature Control with Raspberry Pi 4
8 • PID Temperature Control with the Raspberry Pi
8.1 Overview
8.2 Project 1 - Reading the temperature of a thermistor
8.3 Project 2: Open-loop Step-input Time Response
8.4 Project 3: PI Temperature Control
8.5 Project 4: PID Temperature Control
8.6 Using the PID Loop Simulator
9 • PID Temperature Control with the Arduino Uno
9.1 Overview
9.2 Project 1: Reading the Temperature of a Thermistor
9.3 Project 2: PID Temperature Control
9.4 Project 3: PID Temperature Control with Arduino Uno and Timer Interrupts
9.5 Project 4: PID Temperature Control using the Arduino Uno PID Library
10 • DC Motor Control with Arduino and Raspberry Pi
10.1 Overview
10.2 Types of Electric Motors
10.3 Brushed DC Motors
10.3.1 Permanent-magnet BDC Motors
10.3.2 Series-wound BDC Motors
10.3.3 Shunt-wound BDC Motors
10.3.4 Compound-wound BDC Motors
10.3.5 Separately-excited BDC Motors
10.3.6 Servo Motors
10.3.7 Stepper Motors
10.4 Brushless DC Motors
10.5 Motor Selection
10.6 Transfer Function of a Brushed DC Motor
10.7 The DC Motor Used in the Projects
10.8 Project 1: Motor Speed and Direction Control Using an H-Bridge Integrated Circuit
10.9 Project 2: Displaying the Motor Speed with Arduino Uno
10.10 Project 3: Displaying Motor Speed on LCD with Arduino Uno
10.11 Project 4: Displaying Motor Speed with Raspberry Pi
10.12 Project 5: Displaying Motor Speed on LCD with Raspberry Pi
10.13 Project 6: Identification of the DC Motor with Raspberry Pi
10.14 Project 7: PID Motor Speed control with Raspberry Pi
10.15 Project 8: PID Motor Speed Control with Arduino Uno
11 • Water Level Control
11.1 Overview
11.2 Ultrasonic Transmitter-Receiver Module
11.3 Project 1: Measuring Distance using the HC-SR04 Ultrasonic Module with Arduino Uno
11.4 Project 2: Measuring Distance using the HC-SR04 Ultrasonic Module with Raspberry Pi
11.5 Project 3: Step Input Response of the System with Raspberry Pi
11.6 Project 4: PID-based Water Level Control with Raspberry Pi
11.7 Project 5: PID-based Water Level Control with Arduino Uno
12 • PID-based LED Brightness Control
12.1 Overview
12.2 Project 1: Step Time Response of LED Brightness Control using the Raspberry Pi
12.3 Project 2: PID-Based LED Brightness Control using the Raspberry Pi
12.4 Project 3: PID-based LED Brightness Control using the Arduino Uno
12.5 Project 4: PID-based LED Brightness Control using the Arduino Uno Library
Index
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