航模舵機(jī)(伺服電機(jī))控制原理

1、航模舵機(jī)控制原理在機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中，舵機(jī)控制效果是性能的重要影響因素。舵機(jī)可以在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其簡(jiǎn)單的控制和輸出使得單片機(jī)系統(tǒng)非常容易與之接口。舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)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(jī)模型，潛艇模型；遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機(jī)是一種俗稱，其實(shí)是一種伺服馬達(dá)。其工作原理是：控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms,寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，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(fù)輸出

2、到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。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(lái)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(dòng)是可以完全不用去考慮的。3.舵機(jī)的控制:舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)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(duì)應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：0.5ms0度;1.0ms45度;1.5ms90度;2.0ms135度;2.5ms180度;請(qǐng)看下形象描述吧這只是一種參考數(shù)值，

3、具體的參數(shù)，請(qǐng)參見舵機(jī)的技術(shù)參數(shù)。小型舵機(jī)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(shí)，舵機(jī)可能反應(yīng)不過(guò)來(lái)。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(jī)，其實(shí)沒(méi)有那么容易，很多舵機(jī)的位置等級(jí)有1024個(gè)，那么，如果舵機(jī)的有效角度范圍為180度的話，其控制的角度精度是可以達(dá)到180/1024度約0.18度了，從時(shí)間上看其實(shí)要求的脈寬控制精度為2000/1024us約2uso如果你拿了個(gè)舵機(jī)，連控制精度為1度都達(dá)不到的話，而且還看到舵機(jī)在發(fā)抖。在這種情況下，只要舵機(jī)的電壓沒(méi)有抖動(dòng)，那抖動(dòng)的就是你的控制

4、脈沖了。而這個(gè)脈沖為什么會(huì)抖動(dòng)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(lái)調(diào)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖，如果只是控制幾個(gè)點(diǎn)位置伺服好像是可以這么做的，可以多用幾個(gè)開關(guān)引些電阻出來(lái)調(diào)占空比，這么做簡(jiǎn)單嗎，應(yīng)該不會(huì)啦，調(diào)試應(yīng)該是非常麻煩而且運(yùn)行也不一定可靠的。其實(shí)主要還是他那個(gè)年代，單片機(jī)這東西不流行呀，哪里會(huì)喲！使用傳統(tǒng)單片機(jī)控制舵機(jī)的方案也有很多，多是利用定時(shí)器和中斷的方式來(lái)完成控制的，這樣的方式控制1個(gè)舵機(jī)還是相當(dāng)有效的，但是隨著舵機(jī)數(shù)量的增加，也許控制起來(lái)就沒(méi)有那么方便而且可以達(dá)到約2微秒的脈寬控制精度了。聽說(shuō)AVR也有控制32個(gè)舵機(jī)的試驗(yàn)板，不過(guò)精度能不能達(dá)到2微秒可能還是要泰克才知道

5、了。其實(shí)測(cè)試起來(lái)很簡(jiǎn)單，你只需要將其控制信號(hào)與示波器連接，然后讓試驗(yàn)板輸出的舵機(jī)控制信號(hào)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delaymemory這樣的具有創(chuàng)造性的指令發(fā)揮了功效。該指令的延時(shí)時(shí)間為數(shù)據(jù)單元中的立即數(shù)的值加1個(gè)指令周期（數(shù)據(jù)0出外，詳情請(qǐng)參見delay指令使用注意事項(xiàng)）因?yàn)槭?位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，所以memory中的數(shù)據(jù)為（0255）,記得前面有提過(guò)，舵機(jī)的角度級(jí)數(shù)一般為1024級(jí)，所以只用一個(gè)存儲(chǔ)空間來(lái)存儲(chǔ)延時(shí)參數(shù)好像還不夠用的，所以我們可以采用2個(gè)內(nèi)存單元來(lái)存放舵機(jī)的角度伺服參數(shù)了。所以這樣一來(lái)，我們可以采用

6、這樣舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)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(shí)的駕車體驗(yàn).2. 多自由度機(jī)器人設(shè)計(jì)，為什么日本人設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以上萬(wàn)RMB的出售，而國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的一些兩三千塊也賣不出去呢，還是一個(gè)品質(zhì)的問(wèn)題.3.多路伺服航?？刂疲妱?dòng)遙控飛機(jī)，油動(dòng)遙控飛機(jī)，航海模型等傳統(tǒng)舵機(jī)、數(shù)字舵機(jī)與純數(shù)字舵機(jī)傳統(tǒng)舵機(jī)的控制方式以20ms為一個(gè)周期，用一個(gè)1.5ms±0.5ms的脈沖來(lái)控制舵機(jī)的角度變化，隨著以CPU為主的數(shù)字革命的興起，現(xiàn)在的舵機(jī)已成為模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)并存的局面，但即使是現(xiàn)在的數(shù)字舵機(jī)，其控制接口也還是傳統(tǒng)的1.5ms±0.5ms

7、的模擬控制接口，只是控制芯片不再是普通的模擬芯片而已；不能完全發(fā)揮現(xiàn)代數(shù)字化控制的優(yōu)勢(shì)，這在傳統(tǒng)的遙控競(jìng)賽等領(lǐng)域，為了保持產(chǎn)品的兼容性，不得不保留模擬接口，而在一些新興的領(lǐng)域完全可以采用新型的全數(shù)字接口的純數(shù)字舵機(jī)。純數(shù)字舵機(jī)采用全新的單線雙工通訊協(xié)議，不僅能執(zhí)行普通舵機(jī)的全部功能，還可以作為一個(gè)角度傳感器，監(jiān)測(cè)舵機(jī)的實(shí)際位置，而且可以多個(gè)舵機(jī)并聯(lián)互不影響。在未來(lái)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域有著不可估量的優(yōu)勢(shì)。采用純數(shù)字舵機(jī)構(gòu)建的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅可以大幅提升系統(tǒng)性能，而且可以降低系統(tǒng)的生產(chǎn)維護(hù)成本，提高產(chǎn)品性價(jià)比，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)數(shù)碼舵機(jī)但是數(shù)碼化舵一個(gè)數(shù)十元的伺服器與數(shù)百元的伺服器在外表上并

8、沒(méi)有多大的分別,機(jī)比上一代傳統(tǒng)的普通舵機(jī)有更快的反應(yīng)、更精確以及更為緊湊的效率。為何數(shù)碼是較佳的？一個(gè)數(shù)碼化的舵機(jī)內(nèi)置了微型的處理器，這正是數(shù)碼舵機(jī)優(yōu)點(diǎn)所在。這個(gè)微型處理器可以因應(yīng)所接收的訊號(hào)而作出指令，至於傳統(tǒng)的舵機(jī)則經(jīng)常只是檢查自己的位置是否正確并作出更正。傳統(tǒng)的舵機(jī)將指令的動(dòng)作傳至輸出軸，指令是來(lái)自接收器的脈沖，每秒每秒中約有四十至五十次的調(diào)整。但是數(shù)碼化舵機(jī)的輸出軸每秒約有三百次的調(diào)整，足足較傳統(tǒng)的伺服器，快了六倍之多這也表示了數(shù)碼舵機(jī)調(diào)整輸出軸的位置較傳統(tǒng)的達(dá)六倍之多，所以它肯定是較傳統(tǒng)的舵機(jī)有更快的反應(yīng)。這個(gè)快速的更正也可以讓你感覺到舵機(jī)是較為“強(qiáng)”的、如果你嘗試去扭動(dòng)已啟動(dòng)的數(shù)碼

9、舵機(jī)輸出臂離開指令位置的話的話，你會(huì)發(fā)覺它有更強(qiáng)的能力去保持原來(lái)的位置，這也是由於舵機(jī)非常迅速地為輸出軸的位置作出更正調(diào)節(jié)。這正適合模型需要強(qiáng)大的回中能力。傳統(tǒng)的舵機(jī)要在偏離原來(lái)指定的位置較遠(yuǎn)才能發(fā)揮較大的扭力，相反地，數(shù)碼舵機(jī)的輸出軸只要略略偏離指令的位置便能夠發(fā)揮最大的扭力，所以它能夠提供較大的動(dòng)力以及更為精確。當(dāng)你啟動(dòng)了數(shù)碼舵機(jī)之彳麥，它會(huì)發(fā)覺他不斷發(fā)出齒輪的聲音，這表示了它正在努力地去將輸出軸維持在命令的位置。數(shù)碼舵機(jī)不能與普通舵機(jī)混合使用在更換舵機(jī)的時(shí)候請(qǐng)注意，如果你的直升機(jī)或飛機(jī)使用的是普通舵機(jī)，那么在更換其中某個(gè)舵機(jī)的時(shí)候，不能將普通舵機(jī)與數(shù)碼舵機(jī)混合使用.要么全部使用普通舵機(jī)，

10、要么全部使用數(shù)碼舵機(jī)。數(shù)碼舵機(jī)的簡(jiǎn)介但是數(shù)碼化舵機(jī)比一個(gè)數(shù)十元的伺服器與數(shù)百元的伺服器在外表上并沒(méi)有多大的分別,上一代傳統(tǒng)的普通舵機(jī)有更快的反應(yīng)、更精確以及更為緊湊的效率。為何數(shù)碼是較佳的？一個(gè)數(shù)碼化的舵機(jī)內(nèi)置了微型的處理器，這正是數(shù)碼舵機(jī)優(yōu)點(diǎn)所在。這個(gè)微型處理器可以因應(yīng)所接收的訊號(hào)而作出指令，至於傳統(tǒng)的舵機(jī)則經(jīng)常只是檢查自己的位置是否正確并作出更正。傳統(tǒng)的舵機(jī)將指令的動(dòng)作傳至輸出軸，指令是來(lái)自接收器的脈沖，每秒每秒中約有四十至五十次的調(diào)整。但是數(shù)碼化舵機(jī)的輸出軸每秒約有三百次的調(diào)整，足足較傳統(tǒng)的伺服器，快了六倍之多這也表示了數(shù)碼舵機(jī)調(diào)整輸出軸的位置較傳統(tǒng)的達(dá)六倍之多，所以它肯定是較傳統(tǒng)的舵機(jī)

11、有更快的反應(yīng)。這個(gè)快速的更正也可以讓你感覺到舵機(jī)是較為“強(qiáng)”的、如果你嘗試去扭動(dòng)已啟動(dòng)的數(shù)碼舵機(jī)輸出臂離開指令位置的話的話，你會(huì)發(fā)覺它有更強(qiáng)的能力去保持原來(lái)的位置，這也是由於舵機(jī)非常迅速地為輸出軸的位置作出更正調(diào)節(jié)。這正適合模型需要強(qiáng)大的回中能力。傳統(tǒng)的舵機(jī)要在偏離原來(lái)指定的位置較遠(yuǎn)才能發(fā)揮較大的扭力，相反地，數(shù)碼舵機(jī)的輸出軸只要略略偏離指令的位置便能夠發(fā)揮最大的扭力，所以它能夠提供較大的動(dòng)力以及更為精確。當(dāng)你啟動(dòng)了數(shù)碼舵機(jī)之彳麥，它會(huì)發(fā)覺他不斷發(fā)出齒輪的聲音，這表示了它正在努力地去將輸出軸維持在命令的位置。舵機(jī)的性能及安裝舵機(jī)是遙控模型無(wú)線電操縱系統(tǒng)中很重要的部件。如果不了解它的性能，不講究

12、正確的安裝方法，輕則影響模型的飛行姿態(tài)，重則如果卡住模型則無(wú)法操縱，造成事故的發(fā)生。所以，在使用舵機(jī)前，了解它的性能和安裝方法是必要的。日前市場(chǎng)上出售的模型舵機(jī)，主要是比例式的，類型有普通型、超小型，強(qiáng)力型和特殊用途型等幾種。下面分別介紹一下它們各自的性能。普通型:45克，0.2秒/60度，力矩3千克厘米。這種舵機(jī)各方面性能都比較適中，一般用在尺寸不是很大的P3A-1、2和P2B-1、2等模型上。超小型:20克，0.15秒/60度，力矩2千克厘米。它的體積小、重量輕，輸出力矩小，通常用于小尺寸、舵面阻力相對(duì)小的模型上，如P5A、小型電動(dòng)類模型等。強(qiáng)力型:100克，0.2秒/60度，力矩9千克厘

13、米。這種舵機(jī)輸出力矩大，可以克服高速、大舵面帶來(lái)的阻力大的缺點(diǎn)。主要用于尺寸和飛行重量大，速度快，舵面阻力大的模型，如F3A、大型仿真飛機(jī)模型、現(xiàn)代特技飛機(jī)模型、噴射模型飛機(jī)和F4級(jí)模型等。（帆船）、起落架特殊用途型多數(shù)特殊用途的舵機(jī)，其性能與強(qiáng)力型相似。通常用于專項(xiàng)任務(wù)，如收索機(jī)蛇機(jī)等。另外，還有一些耐高溫和可防水的舵機(jī)，主要用于科學(xué)研究和工業(yè)方面，一般模型很少采用，但近年來(lái)這種舵機(jī)隨著模型產(chǎn)品的發(fā)展在民用模型領(lǐng)域發(fā)展迅速。一般的舵機(jī)內(nèi)部的電路和齒輪等零什都是很精細(xì)的，自己較難制作，多采用成品舵機(jī)。日產(chǎn)成品舵機(jī)品質(zhì)較好，剩余功率大，不易打齒、比較耐用。國(guó)產(chǎn)舵機(jī)質(zhì)量有的也不錯(cuò)。安裝舵機(jī)也很重要

14、，安裝方法主要有三種：(1)用膠直接把舵機(jī)粘在模型上。要求帖接技術(shù)較高，不能更換，通常用于一些簡(jiǎn)單模型。(2)對(duì)好舵機(jī)兩邊的安裝孔，用螺釘固定。這種方法的好處是容易更換。(3)利用配套的固定片及減震片固定。對(duì)丁裝大容積內(nèi)燃機(jī)的模型，為了減少振動(dòng)對(duì)舵機(jī)的損害，多采用這種方法。舵機(jī)的安裝位置應(yīng)盡量靠近模型的重心。有條件時(shí)，舵機(jī)和接收機(jī)應(yīng)盡量分別使用電源。電源電壓不足時(shí)，應(yīng)立即更換，以免舵機(jī)操縱失靈導(dǎo)致空中停機(jī)。舵機(jī)輸出盤(搖臂)不同的角度和力臂孔，應(yīng)盡量選擇力臂大的，這樣可以減小舵機(jī)負(fù)荷。輸出盤與舵面，可以專用聯(lián)桿或鋼絲連接，前者效果較好最后說(shuō)明一下，對(duì)于一些電動(dòng)模型的動(dòng)力電機(jī)控制，原來(lái)用一個(gè)舵機(jī)

15、作開關(guān)，但作用不大，后來(lái)有些人用直接粘一個(gè)電位器的辦法來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)操縱?，F(xiàn)在，有些廠家已生產(chǎn)出成品的無(wú)級(jí)變速器(現(xiàn)在叫電調(diào))，直接插在一個(gè)通道中，對(duì)電機(jī)進(jìn)行加、減速等無(wú)級(jí)控制，既輕巧，又經(jīng)濟(jì)。不過(guò)，為了考慮車、船模使用，變速器有順、逆轉(zhuǎn)功能，而在航模上只允許用順轉(zhuǎn)功能。因此，用在航模上時(shí)，最好請(qǐng)專人對(duì)它的電路進(jìn)行一下改裝，防止操縱失誤。變速器最好單用一組動(dòng)力電源，如果同時(shí)使用接枚機(jī)電源，將會(huì)影響接收機(jī)的工作和舵機(jī)的動(dòng)作機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中的舵機(jī)1.什么是舵機(jī):在機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中，舵機(jī)控制效果是性能的重要影響因素。舵機(jī)可以在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其簡(jiǎn)單的控制和輸出使得

16、單片機(jī)系統(tǒng)非常容易與之接口。舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)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(jī)模型，潛艇模型；遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機(jī)是一種俗稱，其實(shí)是一種伺服馬達(dá)。還是看看具體的實(shí)物比較過(guò)癮一點(diǎn)：2.其工作原理是：控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms,寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，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(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

17、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(lái)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(dòng)是可以完全不用去考慮的。.舵機(jī)的控制：3要精確的控制舵機(jī)，其實(shí)沒(méi)有那么容易，很多舵機(jī)的位置等級(jí)有1024個(gè)，那么，如果舵機(jī)的有效角度范圍為180度的話，其控制的角度精度是可以達(dá)到180/1024度約0.18度了，從時(shí)間上看其實(shí)要求的脈寬控制精度為2000/1024us約2uso如果你拿了個(gè)舵機(jī)，連控制精度為1度都達(dá)不到的話，而且還看到舵機(jī)在發(fā)抖。在這種情況下，只要舵機(jī)的電壓沒(méi)有抖動(dòng)，那抖動(dòng)的就是你的控制脈沖了。而這個(gè)脈沖為什么會(huì)抖動(dòng)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(lái)調(diào)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖，如果只是控制幾個(gè)點(diǎn)位置伺服好像是可以這么做的，可以多用幾個(gè)開關(guān)引些電阻出來(lái)調(diào)占空比，這么做簡(jiǎn)單嗎，應(yīng)該不會(huì)啦，調(diào)試應(yīng)該是非常麻煩而且運(yùn)行也不一定可靠的。其實(shí)主要還是他那個(gè)年代，單片機(jī)這東西不流行呀，哪里會(huì)喲！使用傳統(tǒng)單片機(jī)控制舵機(jī)的方案也有很多，多是利用定時(shí)器和中斷的方式來(lái)完成控制的，這樣的方式控制1個(gè)舵機(jī)還是相當(dāng)有效的，但是隨著舵機(jī)數(shù)量的增加，也許控制起來(lái)就沒(méi)有那么方便而且可以達(dá)到約2微秒的脈寬控制精度了。聽說(shuō)AVR也有控制32個(gè)舵機(jī)的試驗(yàn)板，不過(guò)精度能不能達(dá)到2微秒可能還是要泰克才知道了。其