舵机框图及应用
舵机工作原理
控制思想该模块的程序框图如图4.5 所示。
车模在行驶过程中不断采样赛道信息，并通过分析车模与赛道相对位置判断车模所处赛道路况，是弯道还是直道，弯道时是左转还是右转。
直道时小车舵机状态保持不变，弯道时左转或右转，计算转弯半径。
我们所用舵机的标准PWM 周期为20ms,转动角度最大为左右90度，PWM调制波如图7.2所示。
当给舵机输入脉宽为0.5ms，即占空比为0.5/20=2.5%的调制波时，舵机右转90度；当给舵机输入脉宽为1.5ms，即占空比为1.5/20=7.5%的调制波时，舵机静止不动；当给舵机输入脉宽为2.5ms，即占空比为2.5/20=12.5%的调制波时，舵机左转90度。
可以推导出舵机转动角度与脉冲宽度的关系计算公式为：注：其中t为正脉冲宽度（ms）；θ为转动角度；当左转时取加法计算，右转时取减法计算结果。
当我们根据赛道弯度计算出转动角度以后便可以根据舵机的参数计算出脉冲宽度，控制舵机转动，舵机转角与PWM脉宽关系如表4-1所示。
在具体操作中PWM调制波的周期可以设置在20ms左右一定范围内，比如设置为10ms 或是30ms均可以使舵机正常转动，但是设置周期较长时，系统延迟时间较多，舵机转向会出现滞后，导致赛车冲出跑道；设置周期如果过短，系统输出PWM 调制波不稳定，舵机转动也会受影响，不能实现赛车的精确转向。
经过反复测试，最终把输出PWM 调制波周期设定为13ms (用计数器实现)。
运行电机的转速以及舵机的转角，在软件上都是通过对PWM 波占空比进行设置来相应控制的。
前面提到，舵机转角控制需要将两个八位寄存器合成为一个十六位寄存器。
程序中的舵机位置信号，当PWM调制波周期设为13ms时，因为总线频率为24MHz,用时钟SB，可计算得到16进制参数为9870H，舵机中间位置时占空比16进制参数为1680H，要分配给PWM6和7，分配时这2个端口的赋值必须是16进制，那么PWM模块初始化赋值为PWMPER6= 0x98，PWMPER7= 0x70，PWMDTY6= 0x16，PWMDTY7= 0x80，因此这就牵涉到如何将1个十进制数分配为2个十六进制数问题。
舵机的应用场合
舵机的应用场合
舵机是一种能够控制角度的电机，被广泛应用于机器人、模型、玩具、航空模型等领域。
下面将详细介绍舵机的应用场合。
一、机器人
舵机在机器人中的应用非常广泛，可以控制机器人头部和肢体的运动。
比如说，在人形机器人中，舵机可以控制头部左右摇晃、上下转动；
在四足机器人中，舵机可以控制腿部上下运动和左右转向。
通过不同
数量和类型的舵机组合，可以实现各种复杂的动作。
二、模型
在模型领域中，舵机也是必不可少的元件。
比如说，在遥控车或遥控
飞行器中，舵机可以控制车轮或飞行器翼面的转向和升降；在火车模
型中，舵机可以控制火车头灯光亮灭和车厢连接状态等。
三、玩具
在玩具领域中，舵机也有着广泛应用。
比如说，在遥控汽车或遥控飞
行器玩具中，通过调节舵机来实现各种不同的动作；在娃娃玩具中，
舵机可以控制娃娃头部和手臂的运动，增加玩具的趣味性。
四、航空模型
在航空模型领域中，舵机也是必不可少的元件。
比如说，在遥控飞行器中，舵机可以控制飞机翼面的转向和升降；在遥控直升飞机中，舵机可以控制直升飞机旋翼的转动。
五、其他领域
除了以上几个领域外，舵机还有着许多其他应用场合。
比如说，在智能家居中，通过调节舵机来实现窗帘或门的开关；在医疗器械中，舵机可以用于控制手术器械的运动等。
总之，随着科技不断发展和进步，人们对于舵机的应用场合也越来越广泛。
相信在未来的日子里，我们能够看到更多更广泛的舵机应用场景。
XXX舵机简要设计方案(20220319)-1
XXX型舵机系统简要方案设计报告2022年3月19日XXX型舵机系统简要方案设计报告1 概述XXX型四通道舵机系统（以下简称为舵机）作为飞行器的动作执行机构，可满足飞行器飞行过程中对滚转、俯仰、偏航姿态的控制，电动四通道可独立工作、也可成对差分工作，模块化的设计可方便科研、生产过程中的装配、调试，也可保证产品后期装备使用过程中日常勤务处理等要求，其具备负载能力适中、可靠性高、量产成本低的特点。
2 技术指标及性能要求详见总体研制任务书。
3 研制依据和标准详见总体研制任务书中引用文件。
4 总体设计根据总体给定的设计任务要求，该型舵机采用谐波齿轮减速器为主要传动机构的技术路线，其由本体、传动机构组件、舵机驱动控制组件三大部分组成，舵翼由总体提供。
其中，本体基于总体提供的壳体外形及舵轴位置尺寸进行内部结构适配性设计；传动机构组件由谐波齿轮减速器、直流有刷电机、高精度导电塑料电位器组成；舵机驱动控制组件由MCU核心控制器、匹配调理电路和专用驱动模块组成。
其三维结构和组成见下图1、图2。
图 1 舵机三维结构布局图图 2 舵机组成框图舵机采用电动、四通道、数字控制式舵机，其中驱动电、控制电分别为+24V、+48V热电池为驱动模块、控制模块供电。
产品在使用前未上电前，直流有刷电机锁制器处于锁定状态，确保舵翼位于零位；使用上电时，舵机控制板执行复位、锁制器通电解锁、输出电零位锁零指令，将舵翼保持在电气零位等待接收产品控制指令；在接收到控制指令后，舵机控制电路根据指令形成PWM指令，通过舵机驱动模块实现舵翼的偏转，产生控制力矩完成对产品的姿态控制。
其特点是控制精度高、结构紧凑、可靠性好。
4.1 传动机构传动机构由谐波减速器、直流电动机、电位器组成，减速机构采用扁平式谐波齿轮减速器，将电机的转速、转向和力矩变换为舵面所需的转速、转向和力矩；传感器采用高精度导电塑料电位器，实现舵面角度的精确测量。
传动机构组成三维图见下图3。
舵机控制系统图
舵机控制系统图舵机控制系统图第一章：引言1.1 研究背景和意义舵机是一种常见的控制装置，广泛用于机械系统中的位置控制。
舵机控制系统图是用于描述舵机与其他设备之间连接关系的图形表示方法。
它可以帮助工程师更好地了解系统的工作原理，优化系统的控制方案，提高系统的性能。
1.2 研究目的和内容本论文旨在研究舵机控制系统图的基本概念和应用方法，并通过实例分析验证其实用性。
具体内容包括舵机控制系统图的组成要素、绘制方法、示例分析等。
第二章：舵机控制系统图的组成要素2.1 舵机舵机是舵机控制系统图中的核心组成要素，它负责将输入信号转换为相应的机械运动。
舵机通常由电机、减速器和位置反馈传感器等部件组成。
2.2 控制器控制器负责根据输入信号生成适当的控制信号，控制舵机的运动和位置。
控制器可以是硬件控制器，如单片机或PLC，也可以是软件控制器，如上位机或嵌入式系统。
2.3 传感器传感器用于检测舵机的位置和运动状态，将其转换为电信号并传递给控制器。
常用的传感器有位置传感器、速度传感器和力传感器等。
2.4 电源电源为舵机系统提供能量，使舵机能够正常工作。
电源可以是直流电源或交流电源，具体选择与舵机的工作电压需求相关。
第三章：舵机控制系统图的绘制方法3.1 符号表示法舵机控制系统图使用统一的符号表示法，以便工程师能够快速识别和理解图中的各个元素。
常见的符号有方框表示控制器，箭头表示信号的流向，圆圈表示传感器等。
3.2 连接线的表示方法连接线用于表示各个组成要素之间的连接关系。
连接线有不同的表示方法，如直线连接和带箭头连接等，用于表达不同的信号流向和控制关系。
3.3 具体绘制步骤舵机控制系统图的绘制步骤包括确定系统的组成要素、制定系统的控制策略、绘制连接关系等。
在绘制过程中，需要考虑各个组成要素的位置、数量和连接方式等因素。
第四章：舵机控制系统图的应用与实例分析4.1 舵机控制系统图在机器人控制中的应用机器人控制是舵机控制系统图的重要应用领域之一。
《舵机与舵回路》课件
舵回路在飞机中的应用
控制飞机的飞行姿态 保持飞机的稳定性和可控性 提高飞机的机动性和灵活性 降低飞机的飞行阻力和油耗
舵机与舵回路的维 护和保养
舵机的维护和保养
定期检查舵机的连接线是否松动或损坏 定期检查舵机的齿轮和轴承是否磨损或损坏 定期检查舵机的润滑油是否充足，是否需要添加或更换 定期检查舵机的控制板是否正常工作，是否有故障或损坏
舵机过热：检查散 热系统是否正常， 必要时更换散热器
舵机抖动：检查舵 机安装是否牢固， 必要时重新安装
舵机不工作：检查 电源是否正常，必 要时更换电源
舵回路信号丢失： 检查信号线是否连 接正常，必要时更 换信号线
舵机与舵回路的发 展趋势和未来展望
舵机的发展趋势和未来展望
智能化：舵机将更加智能化，能够自主 学习和适应环境
舵回路的维护和保养
定期检查舵回路的传感器和 执行器，确保其正常工作
定期检查舵回路的液压油和 润滑油，确保其清洁和充足
定期检查舵回路的连接和密 封情况，确保其正常工作
定期检查舵回路的电气系统， 确保其正常工作
定期检查舵回路的机械系统， 确保其正常工作
定期检查舵回路的液压系统， 确保其正常工作
常见故障及排除方法
舵机的应用：广 泛应用于机器人、 无人机、自动化 设备等领域
舵机的分类和特点
液压舵机特点：输出力矩大， 控制精度高，但结构复杂， 维护成本高
舵机分类：根据驱动方式， 可分为液压舵机、电动舵机 和气动舵机
电动舵机特点：结构简单， 控制精度高，但输出力矩较
小，适用于小型船舶
气动舵机特点：输出力矩大， 结构简单，但控制精度较低，
高性能：舵机将具有更高的性能，如更 高的精度、更快的响应速度和更强的负 载能力
舵机工作原理
舵机工作原理舵机在6 V电压下正常工作，而大赛组委会统一提供的标准电源输出电压为7．2 V，则需一个外围电压转换电路将电源电压转换为舵机的工作电压6 V。
图2为舵机供电电路。
舵机由舵盘、位置反馈电位计、减速齿轮组、直流电动机和控制电路组成，内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动，其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。
当电位器转角线性地转换为电压并反馈给控制电路时，控制电路将反馈信号与输入的控制脉冲信号相比较，产生纠正脉冲，控制并驱动直流电机正向或反向转动，使减速齿轮组输出的位置与期望值相符。
从而达到舵机精确控制转向角度的目的。
舵机工作原理框图如图3所示。
2．2 舵机的安装与调节舵机的控制脉宽与转角在-45°～+45°范围内线性变化。
对于对速度有一定要求的智能车，舵机的响应速度和舵机的转向传动比直接影响车模能否以最佳速度顺利通过弯道。
车模在赛道上高速行驶，特别是对于前瞻性不够远的红外光电检测智能车，舵机的响应速度及其转向传动比将直接影响车模行驶的稳定性，因此必须细心调试，逐一解决。
由于舵机从执行转动指令到响应输出需占用一定的时间，因而产生舵机实时控制的滞后。
虽然车模在进入弯道时能够检测到黑色路线的偏转方向，但由于舵机的滞后性，使得车模在转弯过程中时常偏离跑道，且速度越快，偏离越远，极大限制车模在连续弯道上行驶的最大时速，使得车模全程赛道速度很难进一步提高。
为了减小舵机响应时间，在遵守比赛规则不允许改造舵机结构的前提下，利用杠杆原理，采用加长舵机力臂的方案来弥补这一缺陷，加长舵机力臂示意图如图4所示。
末端固定转向传动连杆，其表达式为：加长力臂后欲使前轮转动相同角度时，在舵机角速度ω相同的条件下舵机力臂加长后增大了线速度v，最终使得舵机的转向角度θ减小。
舵机输出转角θ减小，舵机的响应时间t也会变短。
同时由式(1)可推出线速度口增大后，前轮转向所需的时间t相应也会变短，其表达式为：t=ds／dv(2)此外，当舵机连杆水平且与舵机力臂垂直时，得到力矩M，可由式(3)表示：M=FRsinα(3)说明当舵机连杆和舵机力臂垂直时α=900°，此时si nα得到最大值。
船舶自动舵知识
R
U
*
kU
R
+ R -+
U -
UC
M
U K
U
U
UC
(U
UC ) U
或
U
U
UC
U K
M
UC
四、自动操舵仪中的常用调节环节 1、比例舵角调节 2、反舵角调节（微分舵，制动舵，纠偏舵） 3、灵敏度调节。天气调节。调节规律为：风平浪静， 灵敏度高；大风大浪，灵敏度低。 4、航向调节。用于自动航行中改变航向。 5、罗经匹配旋钮。 6、自动、随动、应急操舵转换开关。 7、航向警报消音按钮。
Eref
7 Ein
R12
Rf Uout
R11
负半周
D3 r
－5 Eref
Ein 6＋ － －＋ Eref
＋7 D6
i1 if
R12 Rf
R11
i3 i2 r
方程组
• Eref+Ein=i1*r+if(R+Rf) • Eref-Ein=i2*r-i3*R • i3*R-if(R+Rf) =0 • if+i3+i2＝i1
k
p
kD
d
dt
kI
dt
其中比例和微分控制规律如前所述。这里的积分控制主要 功能是要消除单向航向静差。当这种单向航向偏差出现在 灵敏度以内时，将不会引起动舵。但这种灵敏度以内的小 角度偏航，随着航行时间的增长，将引起船舶较大的偏航。 积分环节的作用就是要将这种小角度偏航进行积累，当积 累的偏航角度超过灵敏度时，给出一个纠偏舵角，此舵角 即为积分舵角。
接电反馈装置
夜控旁通阀： 旁通油、路隔锁断闭液压阀缸
驾 锁驶 闭台 油操 路 舵 锁电 闭信 备号 用油路
船舶结构与设备课件——舵设备
2. 舵叶
平板舵舵叶的截面形状 为平板形状，该舵阻力较 大，主要用于小船。流线 型舵叶剖面呈流线型的复 板舵，该舵都做成空心水 密，一方面可以减轻舵的 重量，另一方面也可减少 舵承上的压力；其阻力小， 强度高，舵效好，可提高 舵向的稳定性。虽然构造 比较复杂，但被广泛采用。
2. 舵杆
1) 作用:是舵叶转动的轴,并用以承受和传递 作用在舵叶上的力及舵给予转舵装置的力,其下 部与舵叶连接,上部与转舵装置相连
二、主操舵装置：
系指在正常情况下为操纵船舶使舵产生动作 所需的机械、舵执行器、操舵动力设备以及 附属设备和对舵杆施加扭矩的设施。主操舵 装置应在驾驶室和舵机室都设有控制器。 辅助操舵装置：系指如主操舵装置失败时驾 驶船舶所必须的设备。它不属于主操舵装置 的任何部分，但不包括舵柄、舵扇或作同样 用途的部件。
原理：转换开关改变发电机励磁方
向，从而使电动机反转。
电动机励磁不变。
第五节 自动舵
一. 一般自动舵 二. 自适应自动舵 三. 航迹舵
一.1. 一般自动舵工作原理
自动操舵：实际上是自动航向保持仪。 组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向α ，然后与 给定航向K°进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号， 使操舵装置动作，改变偏舵角β。在舵角的作用下，船舶逐 渐回到正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。 线路分析：最简单的电动操舵线路的工作过程见。
操舵过程：见下图
[第五节要点]：操舵方式(种类、原理)；自动操舵 仪组成原理。
2. 一般自动舵基本类型
定义：自动舵的基本类型是指按操舵 的规律分类的（也就是舵的偏转规律）类 型，而不是舵机装置的类型。
三种基本类型：⑴.比例舵；⑵.比例 - 微分舵；⑶.比例 - 微分 - 积分舵。
舵机的原理及应用论文
舵机的原理及应用1. 引言舵机是一种用于控制机械装置位置和速度的装置。
它被广泛应用于各种领域，包括机械工程、机器人技术和无人驾驶等。
本文将介绍舵机的原理和应用，并探讨其在现实世界中的重要性。
2. 舵机的工作原理舵机是由电机、位置反馈装置和控制电路组成的。
当接收到控制信号后，舵机会根据信号的幅度和频率来调整电机的运动，使机械装置达到所要求的位置和速度。
下面是舵机工作原理的详细解释：•电机：舵机中的电机可以是直流电机、交流电机或步进电机。
电机会根据输入信号的要求旋转，通过与其他组件的结合，实现机械装置的运动。
•位置反馈装置：舵机中的位置反馈装置用于测量电机的位置。
它通常是一个旋转编码器或霍尔传感器，可以实时监测电机的旋转角度。
•控制电路：控制电路是舵机中最关键的组件之一。
它接收外部控制信号并将其转换为电机所需的动作。
控制电路还负责监测位置反馈装置的数据，以便对电机进行调整。
3. 舵机的应用领域舵机的应用范围非常广泛，涵盖了许多不同的领域。
以下是舵机在几个主要应用领域的例子：3.1 机械工程•机器人技术：舵机在机器人技术中起着至关重要的作用。
它们被用于控制机器人的关节，使机器人能够执行各种任务，例如拾取和放置物体，甚至进行复杂的精细操作。
•自动化设备：舵机在自动化设备中也非常常见。
它们被用于控制各种机械装置，例如自动门、工业生产线和自动化仓储系统。
舵机可以通过精确的位置和速度控制来提高设备的效率和精度。
3.2 无人驾驶•无人驾驶车辆：舵机在无人驾驶车辆中被广泛应用。
它们被用于控制车辆的转向系统，以便准确地转弯和变道。
舵机的快速响应能力使得无人驾驶车辆具备高度的灵活性和安全性。
•无人机：舵机也用于控制无人机的飞行姿态。
通过调整无人机的舵机，可以实现精确的飞行控制，使无人机能够稳定地悬停和进行各种飞行动作。
3.3 教育和科研•教育机构和科研实验室：舵机广泛应用于教育机构和科研实验室的各种实验和项目中。
它们被用于开发和测试新的机械装置和控制系统，从而推动科学研究和技术创新。
舵机控制说明
舵机的分类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，不过我们可以控制它转动的方向和速度。
按照舵机的信号处理分为模拟舵机和数字舵机，它们的区别在于，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。
关于PWM信号在3.4节将会介绍。
3.2 舵机的内部结构一般来说，我们用的舵机有以下几个部分组成：直流电动机、减速器（减速齿轮组）、位置反馈电位计、控制电路板（比较器）。
舵机的输入线共有三根，红色在中间，为电源正极线，黑色线是电源负极（地线）线，黄色或者白色线为信号线。
其中电源线为舵机提供6V到7V左右电压的电源。
3.3 舵机的工作原理在舵机上电后，舵机的控制电路会记录由位置反馈电位计反馈的当前位置，当信号线接收到PWM信号时会比较当前位置和此PWM信号控制所要转到得位置，如果相同舵机不转，如果不同，控制芯片会比较出两者的差值，这个差值决定转动的方向和角度。
3.4 舵机的控制协议对舵机转动的控制是通过PWM信号控制的。
PWM是脉宽调制信号的英文缩写，其特点在于它的上升沿与下降沿的时间宽度或者上升沿占整个周期的比例（占空比）。
我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够应用于传统的模型上面了。
本书介绍的舵机控制协议是北京汉库公司出品的舵机所采用的协议 ，市场上一些其他厂商（包括有些日本厂商）生产的舵机也采用这种协议。
如果你采用的是其它厂商的舵机，最好先参考下他们的DATA手册或者产品说明之类的技术文档。
前面说过舵机分180度和360度，它们的应用场合不一样，工作方式不一样，自然控制的协议也不一样。