Moku:Go｜PIDコントローラー（PID制御）を使用した実験例
商品基礎情報
Moku:Goとは
Moku:Goは、10以上の測定機能を1つの高性能デバイスに統合し、2つのアナログ入力、2つのアナログ出力を備えている多機能計測器です。Moku:Goは低価格で簡単に測定を始めることができ、学生から研究者まで、幅広い層でご使用していただいています。
Moku:Goはプラント、コントローラー、ソフトウェアまたはハードウェアインターフェイス、および電源などの基本的な機器セットを1つのデバイスにまとめており、複数の機器をセットアップする時間を省きます。
ソフトウェアはLiquid InstrumentsのWebサイトから無料でダウンロードすることができます。
Moku:GoのPIDコントローラー（PID制御）
Moku:GoのPIDコントローラーは、2チャンネルのそれぞれ独立したPIDコントローラーを搭載、2.5MS/s以上の出力サンプリングレートを実現しています。これにより、ロボットアームや電流の制御など、様々な用途に活用いただけます。
チャレンジ
制御システムの教育には特定の課題があります。それは莫大な投資費用が掛かり、学生が満足出来るまで試験ができないという点です。このプロジェクトでは、制御理論を教えるのに役立つ、費用対効果の高いシステムを設計することが課題でした。それはすべての学生が利用でき、使いやすい必要があります。
解決方法１
Moku:Goは、制御システム教育に理想的なプラットフォームを提供します。手頃な価格で堅牢なPIDコントローラーには、制御の概念を探索するためにはとても便利です。Moku:Goが制御電子機器とインターフェースを提供するために選ばれたので、学生たちは制御可能な機械システムの構築に取り掛かりました。
コンピュータービジョンに基づく 2 次元のボールバランス問題は、堅牢性、費用対効果、アクセシビリティの設計要件を満たしました。コンピュータービジョン検出は、プロセスおよび生産管理で広く使用されており、それをソリューションに統合することで、学生は貴重な経験を得ることができます。2 次元のボールバランスは、複雑さと直感の完璧な融合をもたらしました。シンプルな設計によりコストが抑えられ、学生は摩擦などの効果を考慮せず測定することが可能になりました。
オープンソースのOpenMVハードウェアおよびソフトウェアシステムが、コンピューターシステムを提供しました。OpenMVは、Pythonプログラミング言語を中心に構築されており、ブロブ検出や追跡などのコンピュータービジョンアルゴリズムを選択して簡単に統合できます。OpenMVボードは、100米ドル未満ですぐに入手できます。
解決方法２
学生はOpenMVボードをプログラムして、テーブルに貼られた黒いボールと緑の追跡マーカーに対応するブロブを抽出しました。マーカーを使用して、テーブルが傾いたときに画像の歪みを補正し、テーブル上のボールの位置を計算できるようにしました。OpenMVは、x方向とy方向のボール位置の誤差を表すアナログ電圧をMoku:Goに出力します。
学生たちは、3Dプリント部品と一般的なサーボモーターからボールバランステーブルを作成し、アナログ出力をサーボ位置信号に変換するマイクロコントローラーを介してサーボをMoku:Goに接続しました。
実験のセットアップ
結果
学生たちは、結果としてこのシステムがとても魅力的であることに気付きました。Moku:Goデスクトップアプリケーションのライブ信号トレースと測定により、設計を調整し、結果をリアルタイムで観察できるようになりました。また、因果関係がより明確になり、パラメータ変更の影響に対する理解が深まりました。
システムは理想に近いので、学生は理論的なチューニングを行い、良い結果を得ることができました。目標損失や入出力飽和などの非理想的な効果は、オプションではありますが、さらなる課題として提供されました。また、学生たちは回転摩擦を観察・測定することができました。
講師は、ある設計要素を提供し、他の要素を学生の作業とすることで、課題の範囲を変更することができます。例えば、コンピューター工学の分野で教える場合、講師は学生にOpenMVのソフトウェアを書かせることができます。一方、機械工学の分野では、OpenMVのソフトウェアは提供しても、チルトテーブルの設計は未解決のままにしておくことができます。
外乱印加時のX軸入出力をリアルタイムに表示したPIDコントローラーのインターフェイス
結論
Moku:Goは、北京郵電大学における制御工学の新しい教育システムの中核を形成しました。学生たちは、このデバイスが使いやすく、柔軟性があり、直感的であることに気づきました。検出方法としてコンピュータービジョンを追加したことで、講師はタスクの範囲を拡大して、コンピューターと制御工学の間の学際的なチームワークを含めることができるようになりました。また、業界で一般的に見られる歪曲やターゲットの喪失などの非理想的な効果も追加されました。
Moku:Goとコースウェアの詳細についてはHPをご覧いただくか、 （edu@liquidinstruments.com）で教育チームに直接お問い合わせください。