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舵机的相关原理与控制原理
来源: 互联网 作者:匿名 发表日期: 2011-12-23 21:36:38 阅读次数: 61079 查看权限: 普通教程

1.       什么是舵机:

    在机器人机电控制系统中,舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构,其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。

   舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具,如航模,包括飞机模型,潜艇模型;遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称,其实是一种伺服马达。

     还是看看具体的实物比较过瘾一点:

  

2.     其工作原理是:

控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片,获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路,产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号,将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差输出。最后,电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理,知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样,知道可以拿它来做开关管或放大管就行了,至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。

3.     舵机的控制:

舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲,该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例,那么对应的控制关系是这样的:

   0.5ms--------------0度;

   1.0ms------------45度;

   1.5ms------------90度;

   2.0ms-----------135度;

   2.5ms-----------180度;

请看下形象描述吧:

这只是一种参考数值,具体的参数,请参见舵机的技术参数。

   小型舵机的工作电压一般为4.8V6V,转速也不是很快,一般为0.22/60度或0.18/60度,所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时,舵机可能反应不过来。如果需要更快速的反应,就需要更高的转速了。

要精确的控制舵机,其实没有那么容易,很多舵机的位置等级有1024个,那么,如果舵机的有效角度范围为180度的话,其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了,从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024us2us。如果你拿了个舵机,连控制精度为1度都达不到的话,而且还看到舵机在发抖。在这种情况下,只要舵机的电压没有抖动,那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢?当然和你选用的脉冲发生器有关了。一些前辈喜欢用555来调舵机的驱动脉冲,如果只是控制几个点位置伺服好像是可以这么做的,可以多用几个开关引些电阻出来调占空比,这么做简单吗,应该不会啦,调试应该是非常麻烦而且运行也不一定可靠的。其实主要还是他那个年代,单片机这东西不流行呀,哪里会哟!

使用传统单片机控制舵机的方案也有很多,多是利用定时器和中断的方式来完成控制的,这样的方式控制1个舵机还是相当有效的,但是随着舵机数量的增加,也许控制起来就没有那么方便而且可以达到约2微秒的脉宽控制精度了。听说AVR也有控制32个舵机的试验板,不过精度能不能达到2微秒可能还是要泰克才知道了。其实测试起来很简单,你只需要将其控制信号与示波器连接,然后让试验板输出的舵机控制信号以2微秒的宽度递增。

     为什么FPPA就可以很方便地将脉宽的精度精确地控制在2微秒甚至2微秒一下呢。主要还是 delay memory这样的具有创造性的指令发挥了功效。该指令的延时时间为数据单元中的立即数的值加1个指令周期(数据0出外,详情请参见delay指令使用注意事项)因为是8位的数据存储单元,所以memory中的数据为(0255),记得前面有提过,舵机的角度级数一般为1024级,所以只用一个存储空间来存储延时参数好像还不够用的,所以我们可以采用2个内存单元来存放舵机的角度伺服参数了。所以这样一来,我们可以采用这样的软件结构了:

舵机驱动的应用场合:

         1.    高档遥控仿真车,至少得包括左转和右转功能,高精度的角度控制,必然给你最真实的驾车体验.

         2.    多自由度机器人设计,为什么日本人设计的机器人可以上万RMB的出售,

             而国内设计的一些两三千块也卖不出去呢,还是一个品质的问题.

         3.    多路伺服航模控制,电动遥控飞机,油动遥控飞机,航海模型等

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