舵机原理及其使用详解
舵机的原理与单片机控制(二)2024

舵机的原理与单片机控制(二)引言概述:舵机是一种常见的机电设备,广泛应用于机器人、遥控模型等领域。
本文将进一步介绍舵机的原理及其与单片机的控制方法。
正文内容:一、舵机的原理1. 舵机的结构组成:电机、减速器、控制电路和位置反馈装置。
2. 舵机的工作原理:利用电机的转动驱动控制电路,通过调整控制电路的输出脉冲宽度来实现舵机的转动。
3. 舵机的位置反馈装置:通过位置传感器实时检测舵机的转动角度,并将反馈信号传递给控制电路进行修正。
二、单片机控制舵机的基本原理1. 单片机的控制方式:通过控制IO口产生控制信号,即PWM 信号,来控制舵机的转动。
2. PWM信号的特点:通过调整PWM信号的高低电平持续时间来实现对舵机的控制,通常控制信号的占空比与舵机的转动角度成正比。
3. 单片机编程:使用单片机的编程语言,通过设定PWM信号的占空比来控制舵机的转动角度。
4. 控制舵机的程序设计:通过设置PWM信号的周期和占空比,利用适当的算法控制舵机的速度和位置。
三、舵机的常见问题及解决方法1. 舵机抖动问题:可通过增加控制信号的稳定性和校准舵机的中值来解决。
2. 舵机发热问题:可通过降低PWM信号的频率和增加散热系统来解决。
3. 舵机运转不稳定问题:可通过调整PWM信号的占空比和校正舵机的位置反馈装置来解决。
四、舵机控制的优化方法1. 控制算法优化:利用PID控制算法来提高舵机的精确度和稳定性。
2. 舵机模型参数的优化:通过调整舵机的工作电压和扭矩参数,提高其性能和适应性。
3. 舵机控制系统的设计优化:考虑电源、信号线路、控制器等因素,提高舵机控制的整体效果。
五、舵机控制应用案例1. 机器人舵机控制:通过单片机对舵机进行控制,实现机器人的运动和动作。
2. 遥控模型舵机控制:利用遥控器与接收机之间的通信,控制舵机来实现遥控模型的转动和动作。
总结:本文详细介绍了舵机的工作原理和单片机控制方法,以及舵机常见问题的解决方法和控制优化的途径。
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。
舵机原理应用和程序详解

图 2 微型舵机
2、舵机介绍 舵机英文叫 Servo,也称伺服机。其特点是结构紧凑、易安装调试、控制简单、大扭力、
成本较低等。舵机的主要性能取决于最大力矩和工作速度(一般是以秒/60°为单位)。它是一 种位置伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并能够保持的控制系统。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。舵机能够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很容易与之接口。
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舵机原理应用及程序详解
输入信号脉冲宽度(周期为 20ms)
0.5ms
哈尔滨天祥电子 舵机输出轴转角
0度
1ms
45 度
1.5ms
90 度
2ms
135 度
2.5ms
180 度
图 4 舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系
4、用单片机实现舵机转角控制 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
//判断0.5ms次数是否小于角度标识 //确实小于,PWM输出高电平
else
pwm=0; count=(count+1);
//大于则输出低电平 //0.5ms次数加1
count=count%40;
//次数始终保持为40 即保持周期为20ms
} void keyscan()
//按键扫描
{
if(jia==0)
单片机控制单个舵机是比较简单的,利用一个定时器即可,假设仅控制舵机 5 个角度转 动,其控制思路如下:只利用一个定时器 T0,定时时间为 0.5ms,定义一个角度标识,数值 可以为 1、2、3、4、5,实现 0.5ms、1ms、1.5ms、2ms、2.5ms 高电平的输出,再定义一个 变量,数值最大为 40,实现周期为 20ms。每次进入定时中断,判断此时的角度标识,进行 相应的操作。比如此时为 5,则进入的前 5 次中断期间,信号输出为高电平,即为 2.5ms 的 高电平。剩下的 35 次中断期间,信号输出为低电平,即为 17.5ms 的低电平。这样总的时间 是 20ms,为一个周期。
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。
舵机原理及控制

舵机原理及控制舵机原理及控制第一章:引言舵机是一种用来控制机械设备运动的装置,广泛应用于航空、汽车、机器人等各个领域。
本章将介绍舵机的基本概念和其在实际应用中的重要性。
第二章:舵机工作原理2.1 舵机概述舵机是一种能够转动到特定角度的电机,其内部结构包括电机、减速机构和反馈控制系统。
舵机通过接收控制信号来控制转动角度,然后通过反馈控制系统使得舵机转动到目标位置。
2.2 舵机工作原理舵机的电机通过控制信号接收到电源,电机产生转动力矩,并通过减速机构将高速低扭的电机输出转化为低速高扭的输出。
同时,反馈控制系统监测舵机位置,并与目标位置进行比较,若有差异,则调整电机输出力矩,直到舵机转动到目标位置。
第三章:舵机控制方法3.1 PWM控制PWM(脉冲宽度调制)是一种常用的舵机控制方法。
通过调整脉冲信号的占空比,控制舵机转动的角度。
一般而言,脉冲信号周期为20ms,脉宽在0.5ms至2.5ms之间,其中1.5ms表示中立位置。
通过改变脉宽,可以将舵机转动到不同的角度。
3.2 PID控制PID(比例-积分-微分)是一种反馈控制方法,可用于舵机控制中的位置闭环控制。
PID控制通过比较目标位置与实际位置之间的差异,计算出控制器的输出值。
比例项决定控制器的输出与误差之间的线性关系,积分项和微分项则用于消除稳态误差和防止控制器过冲。
第四章:舵机在实际应用中的案例分析4.1 航空领域舵机广泛应用于飞机和其他飞行器的操纵系统中。
通过控制舵面的运动,可以实现飞行器的方向调整和姿态稳定。
4.2 汽车领域在汽车行业中,舵机被应用于转向系统中。
通过控制舵机转动到不同角度,实现车辆的方向转向。
4.3 机器人领域舵机是机器人运动的重要部件。
通过控制舵机的转动,可以使机器人的各个关节运动,实现复杂的动作。
在以上几个实际应用的案例中,舵机的原理和控制方法起到了至关重要的作用,使得舵机在现代技术中具有广泛的应用前景。
综上所述,舵机是一种用来控制机械设备运动的装置,其工作原理包括电机、减速机构和反馈控制系统。
舵机的工作原理

舵机的工作原理介绍舵机是一种常见的电动机械驱动装置,广泛应用于遥控模型、机器人、无人机等领域。
舵机的工作原理是通过电路控制电机的转动,并通过一系列机械装置将旋转的运动转化为线性的运动,产生所需的输出力矩。
工作原理舵机的核心是一个直流电机,通常为有刷直流电机。
舵机内部由电机、减速装置和位置反馈装置组成。
其工作原理可以简单分为以下几个步骤:1. 控制信号输入控制信号是通过舵机的控制线输入的,控制线通常使用PWM信号控制。
PWM信号的频率通常为50Hz,控制脉宽的占空比决定了舵机的角度位置。
2. 位置反馈舵机内置一个位置反馈装置,用于检测舵机当前的角度位置。
位置反馈装置通常是一个旋转可变电阻或光电编码器。
3. 控制电路接收到控制信号后,控制电路会根据信号的脉宽来决定控制电机的方向和速度。
控制电路一般由芯片和一些电子元件组成,可以实现对电机的精确控制。
4. 电机驱动控制电路将控制信号转化为适合电机驱动的信号,通过驱动电路将电流传递给电机。
电机驱动通常采用H桥电路,可以实现电机的正反转。
5. 转动和输出力矩电机根据接收到的驱动信号进行转动,通过减速装置将电机的高速旋转转化为舵机输出杆的线性运动。
舵机输出杆的运动产生了力矩,可以控制外部装置的运动。
舵机的应用舵机因其精准的控制能力和可靠的性能,在许多领域得到了广泛应用。
1. 遥控模型舵机常用于遥控模型的控制,例如飞机的方向舵、升降舵,汽车的转向舵等。
舵机可以根据遥控信号实现模型的各种运动,提升遥控模型的趣味性和可玩性。
2. 机器人舵机在机器人领域中也有重要应用,可以控制机器人的肢体运动。
通过配合多个舵机的工作,可以实现机器人的各种复杂动作,如行走、抓取等。
3. 无人机在无人机领域,舵机被广泛用于控制无人机的旋翼和舵面。
舵机可以实现无人机的姿态调整,使其保持平衡和稳定飞行。
舵机的选择和使用注意事项选择合适的舵机对于系统的性能至关重要。
在选择舵机时,需要考虑以下几个因素:1. 动力需求舵机的工作电压和电流要符合系统的需求。
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运动的设备,被广泛应用于无人机、机器人、车辆航模等领域。
它通过接收来自控制器的信号,控制舵机的位置和角度,从而实现对机械装置的精确控制。
本文将详细介绍舵机的工作原理和操作方式。
一、舵机的组成舵机由电机、减速器、控制电路和反馈机构组成。
1. 电机:舵机通常采用DC有刷电机作为驱动源。
直流电机的特点是转速高、响应快。
2. 减速器:舵机中的减速器主要用来减小电机输出轴的转速,增加扭矩输出。
常见的舵机减速器有齿轮减速器、行星减速器等。
3. 控制电路:舵机的控制电路是用来控制电机的转动方向和角度的关键部分。
控制电路通常采用H桥驱动电路来控制电机的正反转。
4. 反馈机构:舵机中的反馈机构用来实时检测舵机的位置和角度信息,并将其反馈给控制电路。
通常采用位置传感器(如光电编码器)或角度传感器(如霍尔效应传感器)来实现。
二、舵机的工作原理舵机通过控制电路接收外部信号,并通过电机和减速器转动输出轴来改变机械装置的位置或角度。
舵机工作原理的核心是控制电路中的位置控制回路和PID控制算法。
1. 位置控制回路:位置控制回路是舵机工作的基础。
它的主要任务是接收外部信号,将其转化为控制信号,并控制电机转动到相应的位置。
位置控制回路主要由控制芯片和位置传感器组成。
控制芯片负责解析控制信号,并将其转化为电机驱动信号。
位置传感器则实时监测舵机输出轴的位置,并将其反馈给反馈机构。
控制芯片根据反馈信号和目标位置信号的比较结果,调整电机的转动方向和速度,使得输出轴转动到目标位置。
2. PID控制算法:舵机的PID控制算法用于精确控制舵机输出轴的位置。
PID控制算法通过比较目标位置和实际位置的差异,产生一个误差信号,然后根据误差信号计算出控制信号。
PID控制器包括三个部分:比例(P)控制器、积分(I)控制器和微分(D)控制器。
比例控制器根据误差信号的大小来调整输出信号的大小;积分控制器根据误差信号的累积值来调整输出信号的积累量;微分控制器根据误差信号的变化速率来调整输出信号的变化速率。
舵机的工作原理

舵机的工作原理引言概述:舵机是一种常见的控制装置,广泛应用于机器人、遥控模型、无人机等领域。
它通过接收控制信号来实现精确的角度控制,具有快速响应和高精度的特点。
本文将详细介绍舵机的工作原理,包括信号解析、电机驱动、反馈控制等方面。
一、信号解析1.1 脉冲宽度调制(PWM)舵机接收的控制信号是一种脉冲宽度调制信号(PWM)。
脉冲的周期通常为20毫秒,高电平的脉冲宽度决定了舵机的角度位置。
通常,1.5毫秒的脉冲宽度对应舵机的中立位置,较短的脉冲宽度使舵机转到一侧,较长的脉冲宽度使舵机转到另一侧。
1.2 控制信号解码舵机内部的电路会解析接收到的控制信号。
首先,它会将脉冲信号进行整形和增益放大,然后通过一个比较器将脉冲信号转换为数字信号。
接着,舵机会将数字信号与一个内部的角度表进行比较,以确定舵机应该转到哪个角度位置。
1.3 信号频率舵机还可以通过控制信号的频率来判断是否处于异常工作状态。
通常,合法的控制信号频率为50赫兹,如果接收到的频率超出了合法范围,舵机会进入错误状态或保护状态。
二、电机驱动2.1 直流电机舵机内部通常采用直流电机来实现角度调节。
直流电机由一个电枢和一个永磁体组成,电枢通过电流控制来产生转矩。
舵机内部的驱动电路可以根据控制信号的大小和方向,控制电流的流向和大小,从而驱动电机转动到指定的角度位置。
2.2 驱动电路舵机的驱动电路通常由一个H桥电路组成。
H桥电路可以实现电流的正反向控制,从而控制电机的转向。
通过改变电流的方向和大小,舵机可以根据控制信号精确地调整到指定的角度位置。
2.3 电机驱动的注意事项在实际应用中,为了保护电机和延长舵机的寿命,需要注意控制信号的合理范围和频率。
过大的电流或频繁的启停会导致电机过热或损坏,因此需要根据舵机的规格和工作要求来选择合适的控制信号。
三、反馈控制3.1 位置反馈为了提高舵机的精度和稳定性,一些高级舵机还配备了位置反馈装置。
位置反馈装置可以实时监测舵机的角度位置,并将实际位置与控制信号要求的位置进行比较。
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舵机的原理,以及数码舵机VS模拟舵机一、舵机的原理标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。
以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。
该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。
该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。
当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,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。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。
原理是这样的:收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。
当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。
因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。
超过EMF 判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。
这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。
注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20ms(即频率为50Hz)。
当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。
二、数码舵机VS模拟舵机数码舵机比传统的模拟舵机,在工作方式上有一些优点,但是这些优点也同时带来了一些缺点。
传统的舵机在空载的时候,没有动力被传到舵机马达。
当有信号输入使舵机移动,或者舵机的摇臂受到外力的时候,舵机会作出反应,向舵机马达输出驱动电压。
由第一节的电路分析我们知道——马达是否获得驱动电压,取决于BA6688的第3脚是否输出一个电压信号给BAL6686马达驱动IC。
数码舵机最大的差别是在于它处理接收机的输入信号的方式。
相对与传统的50脉冲/秒的PWM信号解调方式,数码舵机使用信号预处理方式,将频率提高到300脉冲/秒。
因为频率高的关系,意味着舵机动作会更精确,“无反应区”变小。
以下的三个图表各显示了两个周期的开/关脉冲。
图1是空载的情况;图2是脉冲宽度较窄,比较小的动力信号被输入马达;图3是更宽,持续时间更长的脉冲,更多的输入动力。
您可以想象,一个短促的脉冲,紧接着很长的停顿,这意味着舵机控制精度是不够高的,这也是为什么模拟舵机有“无反应区”的存在。
比如说,舵机对于发射机的细小动作,反应迟钝或者根本就没有反应。
而数码舵机提升了脉冲密度,轻微的信号改变都会变的可以读取,这样无论是遥控杆的轻微变动,或者舵机摇臂在外力作用下的极轻微变动,都会能够检测出来,从而进行更细微的修正。
三、数码舵机的缺点:以上我们已经知道数码舵机会更精确这个优点,那么我们来看数码舵机的缺点1、数码舵机需要消耗更多的动力。
其实这是很自然的。
数码舵机以更高频率去修正马达,这一定会增加总体的动力消耗。
2、相对教短的寿命。
其实这是很自然的。
马达总在转来转去做修正,这一定会增加马达等转动部位的消耗。
四、拟人化比喻技术性的东西说了这么多,也许很多对电路原理不熟悉的朋友还是不明白,呵呵,举个简单的例子来说明吧!比如遥控器是老师,舵机控制电路是家长,舵机的马达是小孩现在的任务是老师要求家长辅导孩子做一个动作,比如倒立以数字舵机而言,家长自主地给这个动作设置了非常非常严格的标准,他要求孩子倒立时在鞋面上摆一个竖立的硬币,然后盯着硬币,硬币向左一震动他在右边给孩子一鞭子,硬币向右一震动他在左边给孩子一鞭子.........总之他要求的不再是老师要求的“倒立”,而是倒立以后顶一枚不倒的硬币..........模拟舵机的家长部分则是柔和派,老师要求倒立是吧?他忠实地按老师的要求,让孩子倒立起来,孩子身体的轻微调整他不去关注了,他只关心是不是偏移了老师的标准,呵呵五、实际应用选择我们已经知道模拟舵机对于极轻微的外力干扰导致舵机盘移位的敏感度,和舵机执行命令的精确度,是不如数码舵机的了,那么我们是不是应该尽量使用数码舵机呢???我个人而言不是这么认为。
首先——舵机的素质,其实不单纯是电路决定的,还有舵机的齿轮精度,还有非常非常关键的舵机电位器的精度。
一颗质量上乘的模拟舵机,往往比电路虽然是数码但是零件却是普通货色的数码舵机更准确,更不会抖舵。
其次,要知道我们在模型车上应用的时候,很多时候太高的精度并不是好事!比如你玩1/8的车,特别是大脚车和越野车,那么烂的路面导致车时而滑动适合腾空,动不动就是零点几秒、N公分的偏差,舵机的微秒级别敏感、微米级别精度对整个事件能起怎么改善??那叫神经质的舵机反应...........其实应用在1/8车辆上,一颗0.1秒反应的模拟舵机是更合适的搭配。
它会更省电,更顺滑,不会那么神经质。
而且最重要的——它不会在一台转向虚位有几毫米的1/8越野车上,去不停地吱吱叫着去找那0.1毫米的居中(其实你即使把舵机连杆给它拆掉,让舵机空转,它也往往找不到那0.1毫米的居中,只是自己不停地吱吱叫着折腾自己而已,哈哈)实际的应用上,我建议是1/10的竞赛级别房车,暴力型的飞机,可以选用数码舵机。
所谓神经质配神经质,呵呵。
其实我个人选择舵机,更看重的是品牌和玩家反响,而不是某些山寨工厂一力鼓吹的什么狗屁数码........贴完自己整理补充过的,再转贴一篇我认为不错的网络上流行的对舵机的误解文章太多太多!而且很怪异的是——很多主流的意识是错误的!!!下面这篇文章,我大致看过,是符合科学原理的,想学习知识的可以看看。
注意吸收知识,要由根本上去分析,而不是以讹传讹!否则你必定就象很多人一样去坚守“数码舵机比模拟舵机快”这个完全错误的观点,呵呵,那会被真正掌握知识的人暗地里面耻笑的数码舵机常见问题原理分析及解决:一、数码舵机与模拟舵机的区别传统模拟舵机和数字比例舵机(或称之为标准舵机)的电子电路中无MCU微控制器,一般都称之为模拟舵机。
老式模拟舵机由功率运算放大器等接成惠斯登电桥,根据接收到模拟电压控制指令和机械连动位置传感器(电位器)反馈电压之间比较产生的差分电压,驱动有刷直流电机伺服电机正/反运转到指定位置。
数字比例舵机是模拟舵机最好的类型,由直流伺服电机、直流伺服电机控制器集成电路(IC),减速齿轮组和反馈电位器组成,它由直流伺服电机控制芯片直接接收PWM(脉冲方波,一般周期为20ms,脉宽1~2ms,脉宽1ms为上限位置,1.5ms为中位,2ms为下限位置)形式的控制驱动信号,迅速驱动电机执行位置输出,直至直流伺服电机控制芯片检测到位置输出连动电位器送来的反馈电压与PWM控制驱动信号的平均有效电压相等,停止电机,完成位置输出。
数码舵机电子电路中带MCU微控制器故俗称为数码舵机,数码舵机凭借比之模拟舵机具有反应速度更快,无反应区范围小,定位精度高,抗干扰能力强等优势已逐渐取代模拟舵机在机器人、航模中得到广泛应用。
数码舵机设计方案一般有两种:一种是MCU+直流伺服电机+直流伺服电机控制器集成电路(IC)+减速齿轮组+反馈电位器的方案,以下称为方案1,另一种是MCU+直流伺服电机+减速齿轮组+反馈电位器的方案,以下称为方案2。
市面上加装数码驱动板把模拟舵机改数码舵机属方案1。
二、舵机电机调速原理及如何加快电机速度常见舵机电机一般都为永磁直流电动机,如直流有刷空心杯电机。
直流电动机有线形的转速-转矩特性和转矩-电流特性,可控性好,驱动和控制电路简单,驱动控制有电流控制模式和电压控制两种模式。
舵机电机控制实行的是电压控制模式,即转速与所施加电压成正比,驱动是由四个功率开关组成H桥电路的双极性驱动方式,运用脉冲宽度调制(PWM)技术调节供给直流电动机的电压大小和极性,实现对电动机的速度和旋转方向(正/反转)的控制。
电机的速度取决于施加到在电机平均电压大小,即取决于PWM驱动波形占空比(占空比为脉宽/周期的百分比)的大小,加大占空比,电机加速,减少占空比电机减速。
所以要加快电机速度:1、加大电机工作电压;2、降低电机主回路阻值,加大电流;二者在舵机设计中要实现,均涉及在满足负载转矩要求情况下重新选择舵机电机。
三、数码舵机的反应速度为何比模拟舵机快很多模友错误以为:“数码舵机的PWM驱动频率300Hz比模拟舵机的50Hz高6倍,则舵机电机转速快6倍,所以数码舵机的反应速度就比模拟舵机快6倍”。
这里请大家注意占空比的概念,脉宽为每周期有效电平时间,占空比为脉宽/周期的百分比,所以大小与频率无关。
占空比决定施加在电机上的电压,在负载转矩不变时,就决定电机转速,与PWM的频率无关。
模拟舵机是直流伺服电机控制器芯片一般只能接收50Hz频率(周期20ms)~300Hz 左右的PWM外部控制信号,太高的频率就无法正常工作了。
若PWM外部控制信号为50Hz,则直流伺服电机控制器芯片获得位置信息的分辨时间就是20ms,比较PWM控制信号正比的电压与反馈电位器电压得出差值,该差值经脉宽扩展(占空比改变,改变大小正比于差值)后驱动电机动作,也就是说由于受PWM外部控制信号频率限制,最快20ms才能对舵机摇臂位置做新的调整。
数码舵机通过MCU可以接收比50Hz频率(周期20ms)快得多的PWM外部控制信号,就可在更短的时间分辨出PWM外部控制信号的位置信息,计算出PWM信号占空比正比的电压与反馈电位器电压的差值,去驱动电机动作,做舵机摇臂位置最新调整。
结论:不管是模拟还是数码舵机,在负载转矩不变时,电机转速取决于驱动信号占空比大小而与频率无关。
数码舵机可接收更高频率的PWM外部控制信号,可在更短的周期时间后获得位置信息,对舵机摇臂位置做最新调整。
所以说数码舵机的反应速度比模拟舵机快,而不是驱动电机转速比模拟舵机快。
四、数码舵机的无反应区范围为何比模拟舵机小根据上述对模拟舵机的分析可知模拟舵机约20ms才能做一次新调整。
而数码舵机以更高频率的PWM驱动电机。
PWM频率的加快使电机的启动/停止,加/减速更柔和,更平滑,更有效的为电机提供启动所需的转矩。
就象是汽车获得了更小的油门控制区间,则启动/停止,加/减速性能更好。
所以数码舵机的无反应区比模拟舵机小。