舵机
舵机工作原理
舵机工作原理舵机是一种常用于控制机械装置角度的电子元件。
它通常用于模型制作、机器人技术、遥控器系统以及其他需要精确控制角度的应用中。
舵机能够根据输入的电信号来控制输出轴的位置，并能够维持在指定的位置上。
舵机的工作原理可以简单描述为电信号控制旋转角度。
舵机通常由一个直流电动机、一对齿轮和一个反馈控制系统组成。
当输入一个控制信号给舵机时，舵机会根据信号的波形来调整输出轴的位置。
具体来说，舵机的工作原理是通过PWM（脉冲宽度调制）信号来控制。
PWM信号是一种周期性的方波信号，其占空比（脉冲宽度与周期之比）决定了舵机的转动角度。
通常，舵机的控制信号周期为20ms，其中高电平持续时间（通常0.5-2.5ms）决定了舵机的角度。
舵机内部的直流电动机通过齿轮系统将旋转运动转化为线性运动。
舵机的输出轴上有一个凸轮，连接着一个反馈系统。
当输入控制信号时，舵机电路板会根据信号的占空比对电动机进行驱动。
电动机会旋转齿轮并移动凸轮，同时反馈传感器监测输出轴的位置，将信息回传给电路板。
电路板会根据反馈信息调整控制信号以使输出轴保持在指定角度。
舵机的工作原理还包括一个关键的概念：舵机的控制范围。
舵机通常有一个工作范围，即可以控制的角度范围。
舵机的控制范围由舵机的设计以及输入的控制信号决定。
一般而言，舵机的控制范围在0到180度之间，但也有一些舵机可以实现360度的连续旋转。
需要注意的是，舵机通常需要与外部电源和控制器相连才能正常工作。
外部电源提供电力，控制器提供PWM信号控制舵机的角度。
总结而言，舵机是一种通过电信号控制旋转角度的电子元件。
它的工作原理基于PWM信号控制电动机的转动，通过齿轮系统和反馈控制来实现精确的角度控制。
舵机的控制范围通常在0到180度之间，但也有一些舵机可以实现连续360度的旋转。
因此，舵机是许多机械装置和控制系统中不可或缺的重要组件。
舵机工作原理与控制方法
舵机工作原理与控制方法舵机是一种用于控制机械装置的电机，它可以通过控制信号进行位置或角度的精确控制。
在舵机的工作原理和控制方法中，主要涉及到电机、反馈、控制电路和控制信号四个方面。
一、舵机的工作原理舵机的核心部件是一种称为可变电容的设备，它可以根据控制信号的波形来改变电容的值。
舵机可分为模拟式和数字式两种类型。
以下是模拟式舵机的工作原理：1.内部结构：模拟式舵机由电机、测速电路、可变电容和驱动电路组成。
2.基准电压：舵机工作时，系统会提供一个用于参考的基准电压。
3.控制信号：通过控制信号的波形的上升沿和下降沿来确定舵机的角度。
4.反馈：舵机内部的测速电路用于检测当前位置，从而实现位置的精确控制。
5.驱动电路：根据测速电路的反馈信号来控制电机的转动方向和速度，从而实现角度的调整。
二、舵机的控制方法舵机的控制方法一般采用脉冲宽度调制（PWM）信号来实现位置或角度的控制。
以下是舵机的两种常见控制方法：1.脉宽控制（PWM）：舵机的控制信号是通过控制信号的脉冲宽度来实现的。
通常情况下，舵机的控制信号由一系列周期为20毫秒（ms）的脉冲组成，脉冲的高电平部分的宽度决定了舵机的位置或角度。
典型的舵机控制信号范围是1ms到2ms，其中1ms对应一个极限位置，2ms对应另一个极限位置，1.5ms对应中立位置。
2.串行总线（如I2C或串行通信）：一些舵机还支持通过串行总线进行控制，这些舵机通常具有内置的电路来解码接收到的串行信号，并驱动电机转动到相应的位置。
这种控制方法可以实现多个舵机的同时控制，并且可以在不同的控制器之间进行通信。
三、舵机的控制电路与控制信号1.控制电路：舵机的控制电路通常由微控制器（如Arduino）、驱动电路和电源组成。
微控制器用于生成控制信号，驱动电路用于放大和处理控制信号，电源则为舵机提供所需的电能。
2.控制信号的生成：控制信号可以通过软件或硬件生成。
用于舵机的软件库通常提供一个函数来方便地生成适当的控制信号。
舵机占空比
舵机占空比
1 舵机占空比的定义
舵机是一种常用的控制器件，它可以通过控制信号的占空比来控制舵机的转动角度。
舵机占空比是指控制信号中高电平的时间占整个周期的比例，通常用百分
比表示。
2 舵机占空比的控制方法
舵机占空比的控制方法主要有两种：PWM控制和PPM控制。
PWM控制是指通过改变控制信号中高电平的时间来控制舵机的转动角度。
通
常情况下，舵机的占空比范围为5%~10%。
当占空比为5%时，舵机会转动到最左
边的位置；当占空比为10%时，舵机会转动到最右边的位置；当占空比为7.5%时，舵机会转动到中间位置。
PPM控制是指通过改变控制信号中脉冲的个数来控制舵机的转动角度。
通常
情况下，每个脉冲的宽度为1ms~2ms，每个脉冲之间的间隔为20ms~30ms。
舵机
的转动角度与脉冲的个数有关，通常情况下，一个脉冲对应着一个转动角度。
3 舵机占空比的应用
舵机占空比广泛应用于无人机、机器人、船舶、汽车等控制系统中。
例如，无人机的姿态控制系统中，通过改变舵机的占空比来控制无人机的俯仰、横滚和偏航角度；机器人的运动控制系统中，通过改变舵机的占空比来控制机器人的运动方向和速度；汽车的转向系统中，通过改变舵机的占空比来控制车轮的转向角度。
4 舵机占空比的注意事项
在使用舵机的过程中，需要注意以下几点：
1. 控制信号的频率应该与舵机的工作频率相匹配；
2. 控制信号的占空比应该在舵机的工作范围内；
3. 控制信号的电平应该与舵机的电压要求相匹配；
4. 在控制信号改变时，应该保证舵机的机械结构不会受到过大的冲击。
舵机工作原理
引言概述：舵机是一种常用于机械控制系统中的装置，主要用于控制运动装置的旋转或线性运动。
它在航空、机械工程、汽车、无人机等领域中都有广泛的应用。
本文将详细介绍舵机的工作原理，包括其结构、原理、控制信号等方面的内容。
正文：一、舵机的基本结构舵机通常由电机、减速器、位置传感器和电子控制电路等组成。
1. 电机：舵机一般采用直流电机，包括转子和定子。
电机通过转动来控制舵机的位置。
2. 减速器：舵机中的减速器用于减小电机的转速，并通过齿轮和齿条等机械传动装置将转动转化为线性或旋转运动。
3. 位置传感器：舵机常用的位置传感器有光电传感器和磁性传感器等，用于测量舵机的位置并反馈给电子控制电路。
4. 电子控制电路：舵机的电子控制电路负责接收控制信号，并根据控制信号控制电机和减速器的运转。
二、舵机的工作原理1. 控制信号输入：舵机的工作由控制信号决定，控制信号一般为脉冲宽度调制（PWM）信号。
信号的脉宽决定了舵机的位置。
2. 位置控制：控制信号被电子控制电路接收后，经过一定的处理，电子控制电路会根据控制信号的脉宽决定舵机的位置。
3. 反馈控制：舵机的位置传感器会不断测量舵机的位置，并将测量结果反馈给电子控制电路。
电子控制电路通过与目标位置的比较，调整电机和减速器的运转，以实现舵机的稳定控制。
4. 输出控制：根据电子控制电路的控制信号，舵机的电机和减速器会运转，从而实现位置的控制。
三、舵机的控制信号1. 脉宽范围：舵机的控制信号通常具有一个特定的脉宽范围，一般为1ms到2ms之间。
脉宽的最小值和最大值对应舵机的最左和最右位置。
2. 中立位置：控制信号的脉宽为舵机的中立位置。
舵机通过将控制信号设置为中立位置，可以保持在中间位置不动。
3. 工作速度：舵机的工作速度受控制信号的脉宽变化速度影响，脉宽变化越快，舵机的响应速度越快。
4. 工作精度：舵机的工作精度由控制信号和位置传感器的精度共同决定，控制信号的精度越高，舵机的工作精度越高。
舵机和轴的连接方法有哪些
舵机和轴的连接方法有哪些
舵机与轴是机械系统中常见的连接方式之一。
舵机通常用于控制机械运动，而轴则是机械中的旋转部件。
舵机和轴的连接方法有多种，下面将介绍一些常见的连接方式。
1. 螺纹连接：螺纹连接是最常见的连接方式之一。
它通过在舵机轴和轴承上切割或加工出一定的螺纹来实现连接。
这种连接方式可以提供较高的连接强度，但安装和拆卸比较麻烦。
2. 键连接：键连接是一种常用的连接方式，适用于需要传递较大扭矩的场合。
它通过在舵机轴和轴承上加工出相应的键槽，再插入一个与键槽匹配的键来实现连接。
这种连接方式具有较高的传动效率和精度，但在使用过程中需要保持键和槽的配合间隙。
3. 锥形连接：锥形连接是一种通过锥形套筒将舵机轴与轴承连接的方式。
舵机轴和轴承的端面都形成一个锥形，在连接时将套筒插入锥形孔中，通过紧固螺母或法兰盘将其固定。
这种连接方式适用于需要经常拆卸和安装的场合，具有较好的可靠性和刚性。
4. 弹性连接：弹性连接是一种常见的连接方式，通过将舵机轴和轴承之间加入弹性元件来实现连接。
常见的弹性元件包括齿轮、联轴器、橡胶套等。
这种连接方式可以吸收轴与轴之间的偏差和振动，减小对轴承的负荷，延长轴承寿命。
舵机和轴的连接方法还有很多其他的方式，如销连接、卡口连接、自锁连接等。
不同的连接方式适用于不同的机械系统和应用场景，选择合适的连接方式可以提高系统的可靠性和性能。
总结起来，舵机和轴的连接方式有螺纹连接、键连接、锥形连接、弹性连接等。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的连接方式，以确保连接的可靠性和稳定性。
无人机结构与系统课件：舵机
4.3.4舵机的性能参数
（3）电压 舵机推荐的电压一般都是4.8V或6V。当然，有的 舵机可以在7V以上工作，比如12V的舵机也不少。 较高的电压可以提高电机的速度和扭矩。选择舵 机还需要看我们的控制卡所能提供的电压。 （4）尺寸、重量和材质 舵机的功率（速度×转矩）和舵机的尺寸比值可 以理解为该舵机的功率密度，一般同样品牌的舵 机，功率密度大的价格高。
舵机的齿轮箱有塑料齿轮、混合齿轮、金属齿轮。 塑料齿轮成本底，噪音小，但强度较低；金属齿轮 强度高，但成本高，在装配精度一般的情况下会有 很大的噪音。小扭矩舵机、微舵、扭矩大但功率密 度小的舵机一般都用塑料齿轮，如Futaba 3003， 辉盛的9g微舵。金属齿轮一般用于功率密度较高 的舵机上，比如辉盛的995舵机。Hitec甚至用钛 合金作为齿轮材料，其高强度能保证3003大小的 舵机能提供20几公斤的扭矩。混合齿轮在金属齿 轮和塑料齿轮间做了折中，在电机输出齿轮上扭矩 一般不大，用塑料齿轮。
舵机
4.3.1、概述
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。 早期在模型上使用最多，主要用于控制模型的 舵面，所以俗称舵机。控制方式是闭环控制， 所以舵机更准确的说是伺服马达，英文servo。
4.3.1 、概述
目前，在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机 器人中已经得到了普遍应用。
模拟舵机需要一个外部控制器（遥控器的接收机）产生脉 宽调制信号来告诉舵机转动角度，脉冲宽度是舵机控制器 所需的编码信息。
PWM信号
4.3.4舵机的性能参数
（1）转速 由舵机无负载的情况下转过60°角所需时间来衡 量，常见舵机的速度一般在0.11~0.21S/60°之 间。
舵机怎么控制
舵机怎么控制舵机的控制是机器人控制中非常重要的一部分。
舵机可以通过向机器人的连接部件施加力矩，从而控制其运动和姿态。
本论文将分为四个章节，分别介绍舵机的工作原理、舵机的控制方式、舵机的应用和未来的趋势。
第一章：舵机的工作原理舵机是一种通过转动轴来控制输出角度的电动装置。
它由电机、减速器和控制电路组成。
当电机转动时，减速器将输出转矩传递给连接部件，使其移动到所需的位置。
舵机的工作原理基于反馈控制系统，其中控制电路通过传感器准确测量当前位置，并根据设定值产生控制信号，使舵机转动到精确的角度。
第二章：舵机的控制方式舵机的控制方式主要有两种：开环和闭环控制。
开环控制是指通过简单的控制信号来直接控制舵机。
这种控制方式简单易行，但可控性较差，难以精确控制舵机的输出角度。
闭环控制是指通过反馈信号来实时调整控制信号，使舵机精确转动到所需的位置。
闭环控制具有较高的控制精度，但也更加复杂，需要使用传感器来获取反馈信号。
第三章：舵机的应用舵机广泛应用于机器人、航空航天、航海、汽车和工业自动化等领域。
在机器人领域，舵机用于控制机器人的关节运动，使其具备更加精确和灵活的动作能力。
在航空航天领域，舵机用于控制飞行器的姿态和稳定性，确保飞行器在空中的平稳飞行。
在航海领域，舵机用于控制船舶的航向，使船舶能够准确地按照预定航线行驶。
在汽车领域，舵机用于控制汽车的转向，使驾驶人能够轻松操作车辆。
在工业自动化领域，舵机用于控制机械臂和其他运动装置的运动，实现精确的运动控制。
第四章：舵机的未来趋势随着技术的发展，舵机的控制将更加精确和智能化。
传感器技术的不断进步将使得舵机能够获得更加准确的反馈信号。
此外，人工智能和机器学习算法的应用也将提高舵机的控制精度和适应性。
未来，舵机有望成为机器人控制系统中更加重要的一部分，为机器人带来更高的运动和操作能力。
总结:舵机是机器人控制中不可或缺的一部分。
本论文从舵机的工作原理、控制方式、应用和未来的趋势等四个方面进行了介绍。
舵机工作原理
舵机工作原理
舵机是一种常见的电机装置，它通过收到控制信号来精确控制输出轴的位置。
舵机是一种闭环控制系统，它由电机、位置反馈装置、控制电路和输出轴组成。
下面将详细介绍舵机的工作原理。
首先，舵机内部的电源供电，将电能转化为机械能。
电源通电后，控制电路将控制信号转换为相应的电流控制电机工作。
舵机内部的电机是一种直流电机，通常是核心式或无心式电机。
电流经过电机，产生磁场作用于电机的定子和转子。
位置反馈装置是舵机的一个重要组成部分，其作用是实时感应输出轴的位置，并将这一信息反馈给控制电路。
位置反馈装置通常采用旋转变阻器或光电编码器等传感器。
当输出轴发生偏离时，位置反馈装置将感知到并将偏差信息传递给控制电路。
控制电路根据接收到的控制信号和位置反馈信息，进行逻辑计算和补偿控制。
控制电路将根据偏差信息，调节电流的大小和方向，使输出轴恢复到期望的位置。
通过控制电路输出的电流调节电机的转动力矩，以实现输出轴的准确位置控制。
当输出轴达到期望位置后，位置反馈装置将停止向控制电路发送偏差信息，控制电路也停止调节电流，保持输出轴的稳定位置。
总之，舵机的工作原理是通过电源供电，控制信号经过控制电
路转换为控制电流，作用于电机产生力矩，通过位置反馈装置感知输出轴的位置，并根据偏差信息进行控制电流的调节，最终实现输出轴的精确位置控制。
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基于单片机的舵机控制
时间:2007-08-14 来源: 作者:时玮 点击： 2954 字体大小:【大 中 小】
基于单片机的舵机控制方法具有简单、精度高、成本低、体积小的特点，并可根据不同的舵
机数量加以灵活应用。
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。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。
舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求
如图1所示。
图1 舵机的控制要求
单片机实现舵机转角控制
可以使用FPGA、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号，但FPGA成本高且电路复杂。
对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电
压，但是需要50Hz(周期是20ms)的信号，这对运放器件的选择有较高要求，从电路体积和
功耗考虑也不易采用。5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载的测控
系统而言，电源和其他器件的信号噪声都远大于5mV，所以滤波电路的精度难以达到舵机
的控制精度要求。
也可以用单片机作为舵机的控制单元，使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而
提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法，再将计算结果转化为 PWM信号输出到舵机，
由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件计数，所以受外界干扰较
小，整个系统工作可靠。
单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM
周期信号，本设计是产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号
的输出，并且调整占空比。当系统中只需要实现一个舵机的控制，采用的控制方式是改变单
片机的一个定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时
中断。这样既节省了硬件电路，也减少了软件开销，控制系统工作效率和控制精度都很高。
具体的设计过程：
例如想让舵机转向左极限的角度，它的正脉冲为2ms，则负脉冲为20ms-2ms=18ms，所
以开始时在控制口发送高电平，然后设置定时器在2ms后发生中断，中断发生后，在中断
程序里将控制口改为低电平，并将中断时间改为18ms，再过18ms进入下一次定时中断，
再将控制口改为高电平，并将定时器初值改为2ms，等待下次中断到来，如此往复实现PWM
信号输出到舵机。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号，调整时间段的宽度便
可使伺服机灵活运动。
为保证软件在定时中断里采集其他信号，并且使发生PWM信号的程序不影响中断程序的
运行(如果这些程序所占用时间过长，有可能会发生中断程序还未结束，下次中断又到来的
后果)，所以需要将采集信号的函数放在长定时中断过程中执行，也就是说每经过两次中断
执行一次这些程序，执行的周期还是20ms。软件流程如图2所示。
图2 产生PWM信号的软件流程
如果系统中需要控制几个舵机的准确转动，可以用单片机和计数器进行脉冲计数产生PWM
信号。
脉冲计数可以利用51单片机的内部计数器来实现，但是从软件系统的稳定性和程序结构的
合理性看，宜使用外部的计数器，还可以提高CPU的工作效率。实验后从精度上考虑，对
于FUTABA系列的接收机，当采用1MHz的外部晶振时，其控制电压幅值的变化为0.6mV，
而且不会出现误差积累，可以满足控制舵机的要求。最后考虑数字系统的离散误差，经估算
误差的范围在±0.3%内，所以采用单片机和8253、8254这样的计数器芯片的PWM信号产
生电路是可靠的。图3是硬件连接图。
图3 PWA信号的计数和输出电路(点击放大)
基于8253产生PWM信号的程序主要包括三方面内容：一是定义8253寄存器的地址，二是
控制字的写入，三是数据的写入。软件流程如图4所示，具体代码如下。
//关键程序及注释：
//定时器T0中断，向8253发送控制字和数据
void T0Int() interrupt 1
{
TH0 = 0xB1;
TL0 = 0xE0; //20ms的时钟基准
//先写入控制字，再写入计数值
SERVO0 = 0x30; //选择计数器0，写入控制字
PWM0 = BUF0L; //先写低，后写高
PWM0 = BUF0H;
SERVO1 = 0x70; //选择计数器1，写入控制字
PWM1 = BUF1L;
PWM1 = BUF1H;
SERVO2 = 0xB0; //选择计数器2，写入控制字
PWM2 = BUF2L;
PWM2 = BUF2H;
}
图4 基于8253产生PWA信号的软件流程
当系统的主要工作任务就是控制多舵机的工作，并且使用的舵机工作周期均为20ms时，要
求硬件产生的多路PWM波的周期也相同。使用51单片机的内部定时器产生脉冲计数，一
般工作正脉冲宽度小于周期的1/8，这样可以在1个周期内分时启动各路PWM波的上升沿，
再利用定时器中断T0确定各路PWM波的输出宽度，定时器中断T1控制20ms的基准时间。
第1次定时器中断T0按20ms的 1/8设置初值，并设置输出I/O口，第1次T0定时中断响应
后，将当前输出I/O口对应的引脚输出置高电平，设置该路输出正脉冲宽度，并启动第2次
定时器中断，输出I/O口指向下一个输出口。第2次定时器定时时间结束后，将当前输出引
脚置低电平，设置此中断周期为20ms的1/8减去正脉冲的时间，此路 PWM信号在该周期
中输出完毕，往复输出。在每次循环的第16次(2×8=16)中断实行关定时中断T0的操作，最
后就可以实现8路舵机控制信号的输出。
也可以采用外部计数器进行多路舵机的控制，但是因为常见的8253、8254芯片都只有3个
计数器，所以当系统需要产生多路PWM信号时，使用上述方法可以减少电路，降低成本，
也可以达到较高的精度。调试时注意到由于程序中脉冲宽度的调整是靠调整定时器的初值，
中断程序也被分成了8个状态周期，并且需要严格的周期循环，而且运行其他中断程序代码
的时间需要严格把握。
在实际应用中，采用51单片机简单方便地实现了舵机控制需要的PWM信号。对机器人舵
机控制的测试表明，舵机控制系统工作稳定，PWM占空比 (0.5～2.5ms 的正脉冲宽度)
和舵机的转角(-90°～90°)线性度较好。