舵机开题报告

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数字舵机的设计及其控制研究的开题报告

数字舵机的设计及其控制研究的开题报告

数字舵机的设计及其控制研究的开题报告一、研究背景和意义随着机器人技术的不断发展,舵机等执行机构的应用越来越广泛。

其中数字舵机具有高精度、高速、高可靠性等特点,广泛应用于工业自动化、航空航天、机器人等领域。

数字舵机的研究及其控制方法的研究对于提高机器人的运动控制精度和速度、实现机械臂的高效、准确运动、提高工业自动化水平具有重要意义。

二、研究内容和方法本文的研究内容主要包括数字舵机的设计和控制方法的研究。

数字舵机的设计主要包括硬件设计和软件设计。

硬件设计包括电机驱动电路、位置反馈电路、控制器等。

软件设计包括控制算法设计、控制流程设计、通讯协议设计等。

控制方法的研究主要包括PID控制方法、模糊控制方法、神经网络控制方法等。

本文的研究方法主要包括理论分析、仿真分析和实验验证。

理论分析主要利用数学模型推导数字舵机的动态特性和控制算法。

仿真分析利用MATLAB等仿真软件搭建数字舵机的模型进行仿真分析。

实验验证利用自行设计的数字舵机进行实验验证和性能评估。

三、研究计划和进度安排1. 第一年(1) 确定数字舵机设计方案;(2) 完成数字舵机硬件电路设计并进行电路板制作;(3) 完成数字舵机位置反馈电路设计并进行电路板制作;(4) 完成数字舵机控制器设计并进行电路板制作;(5) 初步验证电路设计的可行性。

2. 第二年(1) 完善数字舵机软件设计;(2) 仿真分析数字舵机模型的动态特性;(3) 设计并实现数字舵机的PID控制算法;(4) 进行数字舵机PID控制性能评估。

3. 第三年(1) 设计并实现数字舵机的模糊控制算法;(2) 进行数字舵机模糊控制性能评估;(3) 设计并实现数字舵机的神经网络控制算法;(4) 进行数字舵机神经网络控制性能评估。

四、预期成果本文的预期成果包括:(1) 数字舵机的设计方案和制作过程的记录以及数字舵机的性能评估报告;(2) 数字舵机硬件电路设计图和电路板制作图;(3) 数字舵机软件的控制算法设计和实现;(4) 数字舵机的PID控制性能评估报告、模糊控制性能评估报告和神经网络控制性能评估报告;(5) 数字舵机的性能优化建议。

高速船舵优化及操纵性研究的开题报告

高速船舵优化及操纵性研究的开题报告

高速船舵优化及操纵性研究的开题报告
一、研究背景:
目前,高速船在海洋工程、货运、旅游、军事等领域中被广泛使用。

高速船具有速度快、操纵性好、适应性强等特点,但其对船舵系统的要求也更高,对瞬时的航向
变化和船速控制的要求更严格,需要开发高效的船舵优化方案以满足高速航行的需要。

二、研究内容:
本研究将围绕高速船的舵优化和操纵性进行探索,并针对以下几个方面进行深入研究:
1. 针对高速船船型特点,提出相应的舵形设计方案。

2. 研究高速船舵叶的材料、结构和加工技术,提高其耐磨性和强度,增强其使用寿命。

3. 探究高速船舵的流场规律,研究其与船体水动力的联系和影响,优化舵叶的形状和结构参数。

4. 研究高速船的操纵性,分析其受外界环境因素的影响,如风浪、洋流等,并制定相应的操纵方案。

5. 基于数值仿真和试验验证,评估舵优化方案的效果,为高速船技术的发展提供有效的技术支持。

三、研究意义:
本研究旨在提高高速船的船舵优化能力和操纵性能,满足高速航行需求,优化船舶结构设计,提高航行效率和安全性,进一步推动我国高速船技术的发展。

此外,研
究成果对于提高我国海洋工程和海洋运输能力,加强国防建设,具有重要的战略意义。

船舶直驱式容积控制液压舵机系统的分析与设计的开题报告

船舶直驱式容积控制液压舵机系统的分析与设计的开题报告

船舶直驱式容积控制液压舵机系统的分析与设计的开题报告一、研究背景及意义舵机是船舶操纵系统的核心组成部分之一,其主要作用是通过扭矩作用产生转向力,实现船舶的转向和航向控制。

传统的舵机系统通常采用液压传动,但它的能耗较高、响应速度较慢、维护成本高等问题制约了其发展。

近年来,随着电力电子技术和控制技术的发展,直驱式电动舵机被广泛应用于大型船舶中。

与传统液压舵机相比,直驱式电动舵机具有响应速度快、控制精度高、维护成本低等优点。

但电动舵机系统也存在着一定的问题,如自身惯性大、控制系统复杂等。

因此,本文在研究直驱式电动舵机系统的基础上,探索了一种新型的容积控制液压舵机系统。

该系统采用液压传动和电控技术相结合的方法,通过混合控制方式实现能耗降低、响应速度加快等优点。

二、研究内容本文将围绕直驱式容积控制液压舵机系统的设计与分析展开研究。

具体研究内容包括:1. 直驱式容积控制液压舵机系统的原理和结构分析,包括液压泵、液压马达、变量容积油缸、控制系统等组成部分的原理和结构分析;2. 直驱式容积控制液压舵机系统的动态响应特性分析,包括系统的响应速度、误差特性、静态特性等方面的分析;3. 直驱式容积控制液压舵机系统的设计与优化,包括系统参数的确定、控制方案的选取、优化方法的选择等方面的研究;4. 直驱式容积控制液压舵机系统的仿真分析与实验验证,包括系统的MATLAB/Simulink仿真和实验验证。

三、研究方法本文采取理论分析、数值计算、仿真模拟和实验验证相结合的方法开展研究。

具体方法包括:1. 理论分析:对直驱式容积控制液压舵机系统的结构和原理进行理论分析,并推导出系统的数学模型;2. 数值计算:采用数值计算的方法对系统的动态特性进行分析,包括系统响应速度、误差特性、静态特性等方面;3. 仿真模拟:利用MATLAB/Simulink软件对系统进行仿真模拟,验证系统设计的有效性和优化性能;4. 实验验证:利用实验室自主设计的舵机实验台对系统的性能进行实验验证,验证理论分析和仿真模拟的准确性和可靠性。

舵机研究报告

舵机研究报告

舵机研究报告
舵机是一种将电信号转为机械运动的设备,常用于控制机器人的运动或调节物体的位置。

舵机通常由电机、传感器和控制电路构成。

舵机的工作原理是,通过控制电路将电信号转为PWM信号,
然后传给电机驱动电路,电机驱动电路再根据PWM信号的高
低电平控制电机的转动角度。

舵机内部还装有位置传感器,可以感知电机的位置并与控制电路进行反馈,从而实现精确的角度控制。

舵机的特点是具有很高的精度和稳定性,可以实现准确的位置控制。

它们通常有固定的工作角度范围,例如180度或360度。

舵机的工作电压和电流也有一定的范围,需要根据具体的应用场景进行选择。

舵机在机器人领域有广泛的应用,可以用于控制机器人的关节运动,使机器人能够准确地完成各种动作。

舵机也常用于航模、车模和船模等遥控玩具中,可以控制模型的转向、舵机或其他运动。

在舵机的研究中,常常涉及到舵机的控制算法和控制系统设计。

例如,通过PID控制算法可以实现舵机的准确跟随和稳定控制。

此外,还有一些研究关注舵机的结构和材料,以提高其性能和寿命。

总的来说,舵机是一种重要的电机设备,具有广泛的应用领域。

在舵机的研究中,控制算法和系统设计是重要的研究方向,也有一些研究关注舵机的结构和材料。

随着机器人技术和遥控玩具的发展,舵机的应用前景将更加广阔。

毕业设计(论文)开题报告舵机转向方法在移动机器人中的应用研究

毕业设计(论文)开题报告舵机转向方法在移动机器人中的应用研究
[15]李娟.智能车系统的研究与设计[D].沈阳:东北大学,2008.
二本课题的基本内容,预计解决的难题
本课题利用舵机转向原理实现移动平台的自由转向。主要涉及内容如下:
1.完成舵机转向的理论分析;
2.完成基于平台的最小转角分析;
3.转弯的实现。
三课题的研究方法、技术路线
查阅相关资料,了解移动机器人的工作原理,构建基于舵机转向的运动系统,编写运动方程;通过硬件、软件调试,完成基于舵机转向的移动平台系统设计。
[10]徐艾,谭宝成,廉春原,张海刚,智能轮式移动机器人嵌入式控制系统设计[J],国外电子元器件,2008年第11期.
[11]范永,谭民,机器人控制器的现状及展望[J].机器人.1999年1期.
[12]C.J.Park, D.M.Lee, S. G. Choi. Development of Fuzzy PID control system forhotstrop finishing mill[J]. The 27st, Annual Confererce of the IEEE IndustrialElectronics Society, 787-791, 2002.
基于舵机转向移动平台方案设计
3.16-4.6
运动分析
4.7-4.30
毕业设计中期检查
5.1-5.8
舵机转向实现
5.19-5.26
撰写毕业设计说明书
5.27-6.6
修改完善毕业设计说明书,进行毕业设计成果验收
论文阶段完成日期
文献调研完成日期
论文实验完成日期
撰写论文完成日期
评议答辩完成日期




评Байду номын сангаас

高速无人机电动舵机控制器的设计与实现的开题报告

高速无人机电动舵机控制器的设计与实现的开题报告

高速无人机电动舵机控制器的设计与实现的开题报告一、研究背景及意义无人机作为一种重要的航空器,近年来得到了广泛的应用和发展。

然而,传统的无人机存在着飞行稳定性差,机动性差,安全性差等问题。

为了提高无人机的性能,舵机控制器是必不可少的一部分。

电动舵机是指利用电机驱动舵盘转动达到控制乘员舱、机翼等部分运动的装置。

高速无人机电动舵机控制器是指在无人机飞行中,控制电动舵机运动的设备。

舵机控制器是无人机的重要部件之一,直接影响到无人机的控制和飞行的稳定性。

因此,本项目意义在于:1. 对高速无人机电动舵机控制器进行实现和探究,对提高无人机在空中的稳定性和机动性有着积极的推动作用。

2. 通过设计和实现电动舵机控制器,提高对无人机的控制能力和监控效果,从而提高无人机在航空领域的应用率。

3. 综合应用电路设计、传感器设计、控制算法设计等技术,提高学生的综合应用实践能力。

二、研究内容及方法(一)研究内容本项目主要研究高速无人机电动舵机控制器的设计和实现,具体研究内容包括:1. 针对无人机在高速运动过程中的动态特性和不确定性,设计合适的控制算法,保证无人机在空中的稳定和安全;2. 设计和实现高速无人机电动舵机控制器电路,实现对电动舵机的控制;3. 利用传感器等技术,对无人机的动态特性进行监控,对控制器进行实时调整,提高控制效果。

(二)研究方法1. 对高速无人机的控制算法进行研究和探究,结合控制理论和仿真实验等方法,优化算法参数,提高其效率和精度;2. 对电路设计方案进行选择和仿真实验,确保电路工作正常;3. 利用传感器等技术对无人机状态进行监测,实现对飞行过程中无人机的精准控制。

三、预期成果本研究项目的预期成果包括以下几点:1. 设计和实现高速无人机电动舵机控制器,实现对无人机舵机的可靠控制,提高飞行的稳定性。

2. 完成高速无人机控制算法的优化,提高无人机控制精度和效率。

3. 通过对无人机状态的监测和控制,提高对无人机的实时掌控能力。

舵机负载模拟器设计与实现的开题报告

舵机负载模拟器设计与实现的开题报告

舵机负载模拟器设计与实现的开题报告一、选题背景与研究意义随着舵机在机器人、无人机等领域的广泛应用,对其的性能和稳定性要求越来越高。

在舵机的测试和调试过程中,需要进行负载测试以验证其性能和负载能力。

然而,传统的负载测试需要制作一定规格的模拟负载,费用较高且使用不便。

因此,设计一种实用且经济的舵机负载模拟器具有重要意义。

本项目旨在设计一种可自由设置负载参数的舵机负载模拟器,以提高舵机测试和调试的效率,降低成本。

二、研究内容本项目主要研究内容为:1. 舵机负载特性分析,研究舵机在不同负载条件下的响应特性和稳定性;2. 舵机负载模拟器参数设计,包括负载测试范围、参数设置和控制方式等;3. 舵机负载模拟器硬件设计,包括电路原理设计和选型,电路板绘制和制作等;4. 舵机负载模拟器软件开发,包括主控芯片选型和编程、通信协议设计等;5. 舵机负载模拟器性能测试和优化,对模拟器进行实验测试和性能分析,寻找优化方案。

三、研究计划本研究计划分为以下几个阶段:1. 方案确定阶段(1周):分析舵机负载特性,确定负载模拟器参数和硬件控制方案。

2. 硬件设计阶段(2周):进行电路原理设计和选型,绘制和制作电路板。

3. 软件开发阶段(2周):选型主控芯片,进行编程和通信协议设计。

4. 性能测试阶段(1周):对模拟器进行实验测试和性能分析,寻找优化方案。

5. 论文撰写阶段(3周):记录研究过程和结果,完成论文撰写。

四、预期成果本项目预期实现以下成果:1. 设计一种可自由设置负载参数的舵机负载模拟器,满足不同负载测试需求。

2. 实现舵机负载模拟器硬件和软件控制,使其能够准确模拟各种负载。

3. 进行优化改进,提高模拟器的精度和稳定性。

4. 发表一篇研究论文,总结本研究的成果和经验。

五、研究难点和解决方案1. 舵机负载特性分析,需要进行大量实验和数据处理。

采用多种负载模拟方案进行测试,结合数据分析进行特性分析。

2. 舵机负载模拟器硬件控制,需要设计合适的电路原理和选型,选择合适的电路板制作材料和工艺方法。

舵机调研报告

舵机调研报告

舵机调研报告舵机调研报告一、调研目的和背景舵机是一种常见的控制设备,广泛应用于机器人、无人机、航模等领域。

本次调研旨在了解舵机的基本原理、工作方式、应用领域以及市场现状,为相关领域的研发和应用提供参考。

二、调研方法本次调研采用了文献调研和网络调研相结合的方式进行。

通过阅读相关文献和查询互联网资源,收集关于舵机的基本资料、技术参数、市场发展动态等信息。

三、舵机的基本原理和工作方式舵机是一种用于实现精确控制角度的电机装置。

其基本原理是通过电机运转产生的扭矩驱动一根输出轴转动,从而实现对转轴的精确控制。

舵机通常由电机、减速装置、位置反馈装置和控制电路等几个部分组成。

舵机的工作方式可以分为位置控制和速度控制两种。

在位置控制模式下,舵机会根据输入的控制信号来旋转至指定角度位置,并保持该位置不变。

在速度控制模式下,舵机会根据输入的控制信号来旋转至指定速度,并保持该速度不变。

四、舵机的应用领域舵机在机器人、无人机、航模等领域有着广泛的应用。

具体包括以下几个方面:1. 机器人领域:舵机通常用于机器人的关节控制,实现机器人身体各部分的运动。

2. 无人机领域:舵机可以用于控制无人机的舵面,调整飞行姿态和飞行方向。

3. 航模领域:舵机是遥控飞机、船和车辆的重要控制设备,可以实现模型的精确控制。

4. 工控领域:舵机在自动化生产线和智能装备中也得到了广泛应用,用于控制机械臂、传送带等运动设备。

五、舵机市场现状和发展趋势舵机市场在近年来呈现稳步增长的趋势。

舵机的广泛应用需要不断增加的市场需求,特别是在机器人和无人机领域的快速发展的推动下。

同时,舵机技术也在不断发展和创新。

随着精度要求的不断提高,舵机的精度和响应速度得到了显著的提升。

此外,一些新型材料和驱动技术的应用,也为舵机的进一步发展提供了更多可能性。

然而,舵机市场也面临一些挑战。

一方面,市场竞争激烈,产品同质化严重,价格战十分激烈。

另一方面,技术上的瓶颈和制造成本的不断上升也制约了舵机市场的发展。

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舵机开题报告一、课题任务与目的1914年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人,即世界上第一台真正的机器人,从此机器人开始迅猛的发展,是近几十年来快速发展起来的高新技术产品,其涉及自控技术、电力电子、传感器、机械、无线网络和人工智能等多学科的内容。

机器人在我们的生活中越来越常见了而在发达国家,机器人的使用范围已经越来越广。

随着科学技术的发展,机器人已经遍及工业、国防、宇宙空间、海洋开发等领域。

所以,机器人已经成为人类生活和生产发展中不可或缺的一部分了随着科技的发展。

“计算机主导了过去的20年,而未来的几十年属于机器人。

”美国匹兹堡市卡内基·麦农大学机器人研究所主任麦克欧·卡纳德如是说。

目前,我国的机器人发展正在以一种迅猛的趋势在追赶发达国。

目前机器人上广泛使用舵机控制。

所以舵机的控制对机器人的各种性能有着致关重要的作用。

因此,对机器人舵机控制方法的研究就显得很有必要。

本论文的主要任务是分析现有舵机特点和控制方法的基础上,使用计算机仿真的方法,对舵机控制系统进行仿真分析,研究机器人用舵机的控制方法,使用单片机做控制器,完成控制电路设计、制作,完成软件编程,构成舵机控制系统,实现对舵机的控制。

在完成相关实验的基础上,寻找适合特定要求的控制方法,确定控制参数,构成舵机控制系统。

二、调研资料1、机器人的简述机器人是一种可编程和多功能的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。

从它的定义上我们可以看出,它既可以运行预先编排的程序,还可以根据以人工智能技术制定的原则行动。

机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

它的任务是协助或取代人类的一些危险或是重复繁琐的工作。

2、机器人的组成部分机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。

执行机构是机器人最终完成动作的部件。

执行机构即机器人本体,其臂部一般采用空间开链连杆机构,其中的运动副(转动副或移动副)常称为关节,关节个数通常即为机器人的自由度数。

根据关节配置型式和运动坐标形式的不同,机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。

出于拟人化的考虑,常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部(夹持器或末端执行器)和行走部(对于移动机器人)等。

驱动装置是驱使执行机构运动的机构,按照控制系统发出的指令信号,借助于动力元件使机器人进行动作。

它输入的是电信号,输出的是线、角位移量。

机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置,如步进电机、伺服电机等。

市面上常见的机器人主要使用伺服电动机对机械臂进行控制,所以伺服电动机对于机器人的研发起到重要的作用,因此对于伺服电动机的研究就显得非常的重要。

这正是该论文的重要性。

3、机器人中的舵机随着机器人技术的发展,机器人的驱动装置中诞生了一个新的词汇,那就是舵机,在各式各样的机器人中,舵机逐渐变成了最关键、使用最多的部件。

(1)舵机的定义依据控制方式的特点,舵机应该称为微型伺服马达。

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。

用作自动控制装置中执行元件的微特电机,又称执行电动机。

其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。

(2)舵机的结构舵机由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。

舵机的外壳:一般是塑料的,特殊的舵机可能会有铝合金外壳。

金属外壳能够提供更好的散热,可以让舵机内的电机运行在更高功率下,以提供更高的扭矩输出。

金属外壳也可以提供更牢固的固定位置。

齿轮箱:有塑料齿轮、混合齿轮、金属齿轮的差别。

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。

995在和3003一样体积的情况下却能提供13KG的扭矩。

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。

(3)工作原理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。

(4)舵机的控制目前现有的控制方法有:PID控制、自适应控制、滑膜变结构控制、模糊控制PID控制:在以往传统的控制策略中,经典PID控制作为代表,具有结构简单、稳定性好、可靠性高等优点,所以在伺服控制系统中得到了广泛地应用。

然而经典PID控制只适合于有精确数学模型的控制系统,当系统中存在未知或随机变化量时,这种控制方式就不能取得良好的控制效果,甚至会引起系统的不稳定。

自适应控制:针对伺服系统结构与参数变化、各种非线性的影响,于是出现自适应控制[6]。

现在控制对象便得越来越复杂,当人们不知道被控对象的动态特性或者被控对象发生了某些不可预测的变化时,为了得到高性能的控制器。

从而提出了这种控制方法。

自适应的控制的控制目的是:使被控对象的运动状态或轨迹符合预定的要求。

面对客观存在的各种不确定性,它能在控制过程中,进行不停的测量系统本身的输入量、状态量、输出量、或者各种动态性能参数,逐渐的掌握被控对象的各种信息,并根据从系统中获得的参数,根据特定的方法,得出控制决策来改变控制器的结构、参数和控制作用,一般在某个性能指标下,使控制效果达到最优或近似最优。

自适应控制的优点:具有能适应坏境变化和满足系统要求的能力;学习能力;在内部参数失败时,有恢复的能力;良好的鲁棒性。

然而自适应控制也存在一定的弊端,如:数学模型和运算繁琐,使控制系统复杂;辨识和校正都需要一个过程,所以对一些参数变化较快的系统,会因为来不及校正而难以产生很好的效果。

滑模变结构控制:伺服系统的另一种控制方法—滑模变结构控制。

这种控制方法本质上是一类特殊的非线性控制,其非线性体现在控制方法的不连续性。

这种控制策略与其他控制策略的不同之处是控制系统的结构不固定,在动态过程中,根据系统当前的状态有目的地进行不断变化,迫使系统运动在预定的滑模面上。

因为滑动模态能够进行设计,被控对象参数的变化也与其无关,所以变结构控制具有很多优点,如能快速响应输入、参数变化及给予扰动对其控制影响比较慢等优点。

而且滑模变结构控制系统不需要在线辨识,而且控制实现比较简单。

然而滑膜变结构控制也有它的缺点:当状态轨迹到达滑模面后,就不能严格的沿着滑模面运动向平衡点,而可能使其在滑模面的两侧来回穿越,这样就产生了震荡。

这种震荡不但会影响控制的精度,增加资源消耗,而且会很容易激发出系统中的高频未建模动态特性,进而破坏系统的动态性能,甚至使系统失稳,损坏控制器部件。

因此,关于变结构控制信号抖振消除的研究成为变结构控制研究的首要问题。

模糊控制:由于以上两种控制方法的缺陷,于是又出现了模糊控制。

模糊控制属于智能控制,模糊控制有三个基本组成部分:模糊化、模糊决策、精确化计算。

模糊控制过程简单的可以描述为:把被控对象的测量值从数字量转化为模糊量,然后对模糊量按给定的模糊逻辑推理规则进行模糊推理,得出模糊控制器控制输出的推理结果,再把推理输出结果的模糊量转化为实际系统能够接受的精确数字量或者模拟控制量(5)模拟舵机在现在发展的机器人舵机当中,一般普遍应用模拟舵机。

模拟舵机是一个微型的伺服控制系统,具体的控制原理可以用下图表示:工作原理是控制电路接收信号源的控制脉冲,并驱动电机转动;齿轮组将电机的速度成大倍数缩小,并将电机的输出扭矩放大响应倍数,然后输出;电位器和齿轮组的末级一起转动,测量舵机轴转动角度;电路板检测并根据电位器判断舵机转动角度,然后控制舵机转动到目标角度或保持在目标角度。

模拟舵机需要一个外部控制器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。

舵机的控制脉冲周期 20ms,脉宽从0.5ms-2.5ms,分别对应-90 度到+90 度的位置。

虽然模拟舵机采用反馈控制系统,但它还是存在一定的缺点。

模拟舵机由于使用模拟器件搭建的控制电路,电路的反馈和位置伺服是基于电位器的比例调节方式。

由于电位器线性度的影响、精度的影响、个体差异性的问题,会导致控制匹配不了比例电压,比如我期望得到 2.5V的电压位置,但第一次得到的是 2.3V,经过1个调节周期后,电位器转到的位置已经是 2.6V 了,这样控制电路就会给电机一个方向脉冲调节,电机往回转,又转过头,然后又向前调节,以至于出现不停的震荡,这就是所谓抖舵现象。

为了避免模拟舵机所带来的缺点,人们正在研究一种新形势的舵机,那就是数字舵机。

(6)数字舵机数字舵机区别于传统的模拟舵机,模拟舵机需要给它不停的发送PWM信号,才能让它保持在规定的位置或者让它按照某个速度转动,数字舵机则只需要发送一次PWM信号就能保持在规定的某个位置。

因此数字舵机的出现得以实现48路舵机控制器的实现 .按照舵机的转动角度分有180度舵机和360度舵机。

180度舵机只能在0度到180度之间运动,超过这个范围,舵机就会出现超量程的故障,轻则齿轮打坏,重则烧坏舵机电路或者舵机里面的电机。

360度舵机转动的方式和普通的电机类似,可以连续的转动,不过我们只可以控制它转动的方向和速度,不能调节转动角度。

数字舵机从根本上颠覆了舵机的控制系统设计。

数字和模拟舵机相比在两个方面有明显的优点:1是防抖2是响应速度快数字舵机可以以很高的频率进行调节,这个周期和角度会变得非常小,并且由于PID调节方式的存在,能够在以很适当的 PID 参数进行调节,能够让舵机有很高的响应速度,且不会出现超调。

三、毕设初步设计设想目前,对舵机的控制方法有以下几种。

可以使用FPGA、模拟电路、单片机构成舵机的控制器,但FPGA成本高且电路复杂。

模拟电路中,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,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。

本次设计采用单片机产生PWM信号对舵机进行控制,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。

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