Uzun bir süreden sonra herkese tekrardan merhaba ve proglamlama serimize devam ediyoruz

Bu bölümde robotik için gerçekten önemli olan ve özellikle daha gelişmiş projelerde işinize yarayacak PID'den bahsedeceğiz.

Bu konu hakkında ilk belirtmek istediğim şey PID nedir ve ne işimize yarar.

Ve daha sonrasında bunu nasıl robotumuza uygulayacağımızı göstereceğim.

İlk bilmeniz gereken şey PID ne için kullanılır.

PID belirli bir sensör değerini kolay bir şekilde belirli bir yerde sabit tutmanızı kolaylaştırır.

Buna verebileceğimiz iyi bir örnek robottaki elevatördür.

Eğer elevatörde bağlı olan elin nerede olduğunu gösterebilecek bir sensör varsa,

ve bu eli belirli bir seviyede tutmak istiyorsanız

motorlar kendiliğinden sizin istediğiniz seviyede tutmayacaktır

o seviyede tutabilmek için spesifik bir motor gücüne ihtiyacınız var.

Peki, bunu nasıl yapacağız?

Bunun gibi problemleri PID ile çözebiliriz.

Diyelim ki bir grafiğiniz var ve sensörünüzden değer okuyabiliyorsunuz,

Buradaki mavi çizgi ise elevatörün olmasını istediğiniz yer gibi düşünün

Bu mavi çizgi örneğin 5 feet olsun ve siz de 5 feet de sabitlemek istiyorsunuz.

Ve kırmızı çizgi ise motorun yaptığı hareketleri temsil ediyor.

Burada orantısal kontrol işin içine giriyor ve

sormamız gereken soru hedefe ne kadar yakınız ya da ne kadar uzağız

Eğer hedefe ulaşmak adına orantısal bir şekilde güç uygularsak,

Motorlar hatayı düzeltmek adına güç uygulayacaktır ve hata payına orantısal bir şekilde

uygulanan gücü hedefe göre ayarlayacaktır

Eğer fazla güç uygulanırsa ise hata payı negatif olacağı için ters yönde güç uygulanacaktır.

Ve bu şekilde sürekli in çık yaparak hedefe ulaşmaya çalışılacaktır.

Buna orantısal kontrol diyoruz ve yeteri kadar iyi bir yöntem değil çünkü hedefe ulaşmamız zor.

Ancak eğer doğru bir şekilde ayarlayabilirseniz bazen işinize yarayabilir bu yöntem.

Her ne kadar ayarlasanız da ideal bir yöntem olmayacaktır.

Ve şimdi bakacağımız kontrol yöntemi ise türev(derivative)

Burada bizim değişme miktarını türevle hesaplayıp performansı iyileştirmemizi sağlayacaktır.

Eğer türevinizi biliyorsanız değiştirme hatasına göre bir güç uygulayarak hatanızı düzeltebilirsiniz.

Yaptığınız hatayı hesaplayıp hataya göre hareket etmek orantısal kontrole göre size daha yardımcı olacaktır.

Eğer buradaki dampening force değişkenini değiştirirsek karşımıza çıkan grafik de değişecektir.

Üstteki grafikte gördüğünüz gibi her ne kadar mükemmel olmasa da hedefe daha çok yaklaştık.

D değişkenini değiştirdikçe hatayı düzeltmek için uyguladığımız güç hassaslaşacaktır.

Ancak bu değerler farklı sistemlere göre değişebileceği için

her farklı mekanik sistemin farklı katsayıları olacaktır.

Doğru katsayıyı bulmak için farklı metodlar vardır ancak deneme yanılma yapmak da gerekir.

Farklı metodlardan birisi ise ilk P sonra D sonra ise I katsayılarını ayarlamaktır bu sayede en doğru değere ulaşabilirsiniz.

Aynı zamanda bu grafikler de ayarlamak için size yardımcı olabilir

Ve şimdi bakacağımız katsayı ise integral katsayısı.

Ve bu katsayı ayarlaması en zor olan katsayıdır.

Başlangıçtan beri yapılan bütün hataları toplar.

Ve hedeflediğiniz yere daha çabuk ve kolayca ulaşmanızı sağlar.

Ve steady state error adlı bir şeyi de elimine etmenizi sağlar.

Örneğin hedefinize yaklaştıkça daha küçük ayarlamalar yapmanız gerektiği için sürtünmenin etkisi artabilir.

Ve sürtünme kuvvetini sıfırlayabilmek için karşı hareket yapmamızı sağlar.

Genellikle I terimi P ve D terimlerinden daha küçük olmalıdır.

Örneğin burada P 10 D 20 olmasına rağmen I yı 2 verdik ve karşımıza gayet güzel bir grafik çıktı

kırmızı ve mavi çizgiler neredeyse aynı hizada bu da hedefimize ne kadar iyi ulaşabileceğimizi gösteriyor.

PID sistemlerinde katsayıları doğru ayarlamak en çok zaman harcanan kısımdır ancak doğru yaparsanız çok iyi bir sonuç alırsınız.

PID aynı zamanda dönmek için de kullanılabilir. Yani robotunuzun tam olarak 90 derece olmasını istiyorsanız bu konuda PID işinize yarar.

Demin söylediğim dönme örneğini güzel bir şekilde kodumuzla bağdaştırabiliriz.

Kodumuzda en son TalonSRX tanımlarını ve kurulumunu yapmıştık şimdi ise PID kurulumuna geçebiliriz.

Şimdi ise WPILib tarafından hazırlanan PID metodlarından faydalanacağız.

Bu kodu ister Spark kullanarak ister TalonSRX kullanarak yapabiliriz sonuçta tüm metodları WPILibden kullancağız.

Ve bu sayede işimiz büyük ölçüde kolaylaşacak ancak yine de yapamamız gereken çok şey var.

PID kurulumu için ilk yapmamız gereken şey ise bir PID controller tanımlamaktır.

bunun için public final PIDController şeklinde tanımlayabiliriz.

Bu metod tüm PID hesaplamalarını ve ayarlamalarını yapan metod olacaktır.

Demin grafiklerde ise bu grafikler excel fonksiyonları ile hazırlanmıştı ancak

Şimdi bu hesaplamaları tanımladığımız PIDController yapacak.

Hesaplamaların mantığını anlamak istiyorsanız Wikipedia'da detaylı anlatımlar mevcut ancak şu an sadece PIDController'ı bilmemiz yeterli.

Bu controller'ın çalışması için birkaç şeye ihtiyacı var.

İhtiyacı olan şeylerden birisi ise PID çıktısı yani kontrol etmesi gereken bir şey.

İhtiyacı olan diğer şeylerden birisi ise okuması gereken bir giriş yani bir sensör.

İlk önce sensörle yani girişle başlayalım.

Şu anda bizim yapmak istediğimiz robotu belirli bir şekilde döndürmek

ve bunun için drivebase'imizi kontrol etmemiz gerekiyor bu da bizim PID outputumuz oluyor.

Ancak dönmek için birdan fazla motoru kullandığımız için tek bir motor yerine bir fonksiyon ile bu işlemi yapacağız.

Eğer java'ya hakimseniz, interfaceleri bilirsiniz. Ana sınıfımıza implements PID output ekliyoruz.

Ve şimdi ise bizim için bir çıktı fonksiyonu oluşturuldu.

Sensörden okunan değer sonucunda uygulanması gereken işlemleri bu fonksiyonda belirleyeceğiz ve bu sayede istediğimizi yapacağız.

Şimdi ise yapmamız gereken motorların neye göre çalışacağını ve ne yapmalarını istediğimizi bu fonksiyona yazmak.

Bu satırı yazmanız sonucunda PID değerleri sonucunda robotumuz dönecektir.

Şimdi yapmamız gereken ise grafikteki kırmızı çizgi yani PID girişini halletmek.

Yapmamız gereken şeylerden birisi ise bir veri kaynağı oluşturmak.

Bunun için ise bir sensör tanımlayabiliriz ve bu sayede PID Input kaynağı sağlamış oluruz.

Tanımlayacağımız sensör ise bir gyro ve akselometer olan navX sensörü.

Bu sensörü kullanmak için de farklı kütüphanelere ihtiyacımız var siz de bu kütüphaneleri kullancaksanız sizin de ihtiyacınız olacak.

Aynı zamanda sınıfımıza PIDInput implementini de eklemek zorundayız.

Basit olarak şimdi yaptığımız tanım yani navX bizim PID Inputumuz olacak ve robotumuzun pozisyonunu bize bildirecek.

Şimdi ise navX in kurulumunu tamamlamamız gerekiyor.

Tamamlamak için ise normal bir motor tanımlar gibi yazılan satırı yazıyoruz.

navX'in takılı olduğu port genellikle Roboriodaki MXP portu oluyor. Ve yazdığım portu yazarak AHRS tanımlamasını bitiriyoruz

Şimdi ise önceden tanımladığımız PID controller'ın tanımını tamamlamamız gerekiyor

Ve burada da grafikte kullandığımız katsayıları argüman olarak kullanmamız gerekiyor.

Buradaki argümanları sonradan da değiştirebileceğiniz için farklı değişkenler yaratırsanız işiniz kolaylaşacaktır.

Şimdi deneme amaçlı olduğu için bu katsayıları şimdilik 0 yapacağım sonradan değiştirebiliriz.

Şimdi ise tanıma geri dönüp boş kalan yerleri doldurmamız gerekiyor.

P I ve D katsaılarını yazdıktan sonra geriye input ve output kalıyor.

Source olarak doğrudan navX'in adını yazarsak input değişkenini de tanımlamış olacağız.

Output olarak ise yazmamız gereken şey ise drivebase metodunda olduğumuz için this yazmanız yeterli.

Ve bunları yaparak PIDController tanımını tamamlamış olduk.

Controller input ve output tanımladık ancak şimdi yapmamız gereken girdi değerinin aralığını belirtmek.

Burada yazdığımı yazarak ve bir minimum bir de maksimum değer belirleyerek girdilerinize aralık belirleyebilirsiniz.

Bizim ise burada belirleyeceğimiz aralık -180 derece ile 180 derece arasında olacağı için bu değerleri yazıyorum.

Aynı şekilde output için de bir değer aralığı belirlememiz gerekmektedir.

Yapacağımız hareket dönme hareketi olduğu için yeterli bir miktar güç olan %45 in ters ve düz yönde olacak şekilde belirliyoruz

Şimdi ise ayarlamamız gereken absoultetolerance değeri var. Bu değer için 2 derece yeterli olacaktır.

Ayarlamamız gereken son bir şey ise dönerken bir daire oluşturduğumuz için ve

-180 derece ile 180 derece arasındaki fark 360 derece yerine 1 derece olduğu için bu değeri ayarlamamız gerekiyor

setContinious satırını ekleyerek PID kontrolörümüzü dönmeye göre ayarlamamıza yardımcı olacağız.

Ve tüm bu değerler sayesinde çalışacak bir PID controller elde ettik şimdi ise yapmamız gereken ise

bu kontrolörün çalışmasını tetikleyecek bir komut oluşturmak ve ne zaman çalışacağını belirlemek.

Bunun için yeni bir fonksiyon oluşturmamız gerekiyor

Ve bu fonksiyonun girdisi olarak açı değerini yazmamız gerekiyor

Normalde dönmek için 2 yol vardır ya tek bir yönde sabit bir değere ulaşmak adına dönersiniz ya da değişken bir değere göre dönersiniz.

Bu fonksiyonda yapmamız gereken ise sensörümüzün değerini sıfırlamak ve oryantasyonunu güncel konumuna göre ayarlamak.

Aynı şekilde kontrolörümüzü de sıfırlamak ve girdi değerlerini sıfırlamamız gerekiyor

Ve garanti olsun diye PID katsayılarını tekrardan vermemiz bizim için iyi olacaktır.

Şimdi ayarlamamız gereken diğer şey ise, bir setpoint belirlemektir.

Setpoint mavi çizgi yani ulaşmak istediğimiz hedef olacaktır.

Son yapamamız gereken ise PID kontrolcüsünü etkin hale getirmektir.

Bu fonkisyon çalıştığı andan itibaren PID fonksiyonunuz çalışmaya başlayacaktır.

Gerekli zamanlarda çalışması için bir komut atayabiliriz örneğin otonom ya da bir düğmeye basıldığında çalışması için.

Başlı başına öğrenmek adına bunu da yapmamız öğrenme açısından işimize yarayacaktır ve yardımcı olacaktır

O yüzden komutlar paketinde yeni bir class oluşturalım ve buraya PID için çalışacak komutumuzu hazırlayalım

Bize hazır verilmiş kodları kullanmayacağımız için onları silebiliriz

Sınıfı temizledikten sonra kullanacağımız bir fonksiyon açıp komutumuz için gerekli olan değerleri girmemiz gerekiyor.

PID kontrolörünün ne zaman işlemi bitirdiğini öğrenmek için bir boolean oluşturabliriz.

Şimdi ise normal bir komut yaparken yapmamız gereken basit şeyleri yapmamız gerekiyor.

Daha sonra fonksiyonun içine kullanacağımız açı değerlerini tanımlamamız gerekiyor.

İnit kısmında ise, PID kontrolörünü çağırmamız gerekiyor basitçe PID kontrolörü kendi döngüsünde dönüyor ve

bu nedenle execute kısmında bahsetmemize gerek yok init kısmında bahsetmemiz çalışması için yeterli olacaktır.

İnit kısmında bu komut sayesinde çalışması gerektiğini ve neye göre çalışması gerektiğini kontrolöre söylüyoruz ve buna göre çalışıyor.

Ancak kontrolörün belli bir süreden sonra durması gerekmekte bunu ise ben PID deki hata payına göre yapmayı tercih ediyorum.

Bunu da burada yazdığım satırla tanımlayabiliyoruz ve bu tanım sayesinde uzaklığa göre ne zaman durması gerektiğini ayarlayabileceğiz.

Ve durmamız için bir uygun aralık belirlersek istediğimiz hedefe ulaştığımızda robotun dönmeyi durmasını sağlayabiliriz.

Normalde PID controller hedefine ulaştığında duracaktır ancak robotun durmasını sağlamak için bu aralığa ihtiyacımız var.

Bunun için ise bir farklı boolean oluşturarak ve boolean true olduğunda robotun durmasını sağlayacağız.

Hata payının mutlak değer 2'den küçükse boolean değerimiz true hale gelecek ve bu sayede robotun dönemsini durdurabileceğiz.

Ayrıca yeni bir if döngüsü oluşturup robotun dönüşünü kesinleştirmek adına bir de count adında yeni bir değişken oluşturup

Dönüşün ne zaman kesin olarak tamamlandığını öğrenip ona göre durdurmak adına eğer istediğimiz değere 5 kere ulaşıldıysa kontrolörü ve robotu durduruyoruz.

Eğer hedefe ulaşılmadıysa ise yani değer 5 in altında kaldıysa sıfırlıyoruz ve olana kadar devam etmesini sağlıyoruz.

Ve eğer tüm bu aşamalar başarılı bir şekilde geçildiyse isfinished değişkenimiz de true hale gelecek ve işlem ve komut sonlanacak.

Bitirmeden önce dikkat etmemiz gereken son noktalardan birisi ise eğer bu işlemlerden herhangi birisi bölünürse veya durdurulursa kontrolörün de durmasını sağlamalıyız.

Bunun için ise en son bir end metodu oluşturarak bu metoda komut ve işlem tamamlandığında yapılması gerekenleri yazmamız gerekiyor.

Burada controller'ı gördüğünüz gibi disable etmemiz gerekiyor.

Şu ana kadar yaptıklarımızdan yola çıkarak umarım PID'yi daha iyi bir şekilde anlamışsınızdır ve kullanabilirsiniz.

Bunu farklı sistemler için kullanırken elbette farklı girdileriniz ve farklı alt sistemleriniz olacak ancak basit olarak bunları bilmeniz size yardımcı olacaktır.

İzlediğiniz için teşekkürler ve umarım size yardım edebilmişimdir.