舵機的相關(guān)原理與控制原理.doc

yu5315461(積累才能更加進步) (動輒于無形之中,決勝于千里之外) (學(xué)會遷就)舵機的相關(guān)原理與控制原理1.什么是舵機： 在機器人機電控制系統(tǒng)中，舵機控制效果是性能的重要影響因素。舵機可以在微機電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)，其簡單的控制和輸出使得單片機系統(tǒng)非常容易與之接口。舵機是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機模型，潛艇模型；遙控機器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機是一種俗稱，其實是一種伺服馬達。 還是看看具體的實物比較過癮一點：2.其工作原理是：控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)然我們可以不用去了解它的具體工作原理，知道它的控制原理就夠了。就象我們使用晶體管一樣，知道可以拿它來做開關(guān)管或放大管就行了，至于管內(nèi)的電子具體怎么流動是可以完全不用去考慮的。3.舵機的控制：舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。以180度角度伺服為例，那么對應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的： 0.5ms-0度； 1.0ms-45度； 1.5ms-90度； 2.0ms-135度； 2.5ms-180度；請看下形象描述吧:這只是一種參考數(shù)值，具體的參數(shù)，請參見舵機的技術(shù)參數(shù)。 小型舵機的工作電壓一般為4.8V或6V，轉(zhuǎn)速也不是很快，一般為0.22/60度或0.18/60度，所以假如你更改角度控制脈沖的寬度太快時，舵機可能反應(yīng)不過來。如果需要更快速的反應(yīng)，就需要更高的轉(zhuǎn)速了。要精確的控制舵機，其實沒有那么容易，很多舵機的位置等級有1024個，那么，如果舵機的有效角度范圍為180度的話，其控制的角度精度是可以達到180/1024度約0.18度了，從時間上看其實要求的脈寬控制精度為2000/1024us約2us。如果你拿了個舵機，連控制精度為1度都達不到的話，而且還看到舵機在發(fā)抖。在這種情況下，只要舵機的電壓沒有抖動，那抖動的就是你的控制脈沖了。而這個脈沖為什么會抖動呢？當(dāng)然和你選用的脈沖發(fā)生器有關(guān)了。一些前輩喜歡用555來調(diào)舵機的驅(qū)動脈沖，如果只是控制幾個點位置伺服好像是可以這么做的，可以多用幾個開關(guān)引些電阻出來調(diào)占空比，這么做簡單嗎，應(yīng)該不會啦，調(diào)試應(yīng)該是非常麻煩而且運行也不一定可靠的。其實主要還是他那個年代，單片機這東西不流行呀，哪里會喲！使用傳統(tǒng)單片機控制舵機的方案也有很多，多是利用定時器和中斷的方式來完成控制的，這樣的方式控制1個舵機還是相當(dāng)有效的，但是隨著舵機數(shù)量的增加，也許控制起來就沒有那么方便而且可以達到約2微秒的脈寬控制精度了。聽說AVR也有控制32個舵機的試驗板，不過精度能不能達到2微秒可能還是要泰克才知道了。其實測試起來很簡單，你只需要將其控制信號與示波器連接，然后讓試驗板輸出的舵機控制信號以2微秒的寬度遞增。 為什么FPPA就可以很方便地將脈寬的精度精確地控制在2微秒甚至2微秒一下呢。主要還是 delay memory這樣的具有創(chuàng)造性的指令發(fā)揮了功效。該指令的延時時間為數(shù)據(jù)單元中的立即數(shù)的值加1個指令周期（數(shù)據(jù)0出外，詳情請參見delay指令使用注意事項）因為是8位的數(shù)據(jù)存儲單元，所以memory中的數(shù)據(jù)為（0255），記得前面有提過，舵機的角度級數(shù)一般為1024級，所以只用一個存儲空間來存儲延時參數(shù)好像還不夠用的，所以我們可以采用2個內(nèi)存單元來存放舵機的角度伺服參數(shù)了。所以這樣一來，我們可以采用這樣的軟件結(jié)構(gòu)了：舵機驅(qū)動的應(yīng)用場合： 1. 高檔遙控仿真車,至少得包括左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)功能,高精度的角度控制,必然給你最真實的駕車體驗. 2. 多自由度機器人設(shè)計,為什么日本人設(shè)計的機器人可以上萬RMB的出售, 而國內(nèi)設(shè)計的一些兩三千塊也賣不出去呢,還是一個品質(zhì)的問題. 3. 多路伺服航模控制,電動遙控