航模舵機(伺服電機)控制原理

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

2、最后， 電壓差的正負(fù)輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。 當(dāng)電機轉(zhuǎn)速 一定時,通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn),使得電壓差為0,電機停止轉(zhuǎn)動。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是可以完全不用去考 慮的。3. 舵機的控制：舵機的控制一般需要一個 20ms 左右的時基脈沖,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,那么對應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：0.5ms0 度；1.0ms45 度；1.5ms90 度；2.0ms135 度

3、；2.5ms180 度；請看下形象描述吧這只是一種參考數(shù)值，具體的參數(shù)，請參見舵機的技術(shù)參數(shù)。0.22/60 度或 0.18/60如果需要更快速的小型舵機的工作電壓一般為 4.8V 或 6V ，轉(zhuǎn)速也不是很快，一般為 度，所以假如你更改角度控制脈沖的寬度太快時， 舵機可能反應(yīng)不過來。 反應(yīng)，就需要更高的轉(zhuǎn)速了。要精確的控制舵機，其實沒有那么容易，很多舵機的位置等級有 1024 個，那么，如果舵機 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，從時間上看其實要求的脈寬控制精度為2000/1024US約2us。如果你拿了個舵機，連控制精度為1度

4、都達(dá)不到的話，而且還看到舵機在發(fā)抖。在這種情況下，只要舵機的電壓沒有抖動， 那抖動的就是你的控制脈沖了。 而這個脈沖為什么會抖動呢？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 來調(diào)舵機的驅(qū)動脈沖， 如果只是控制幾個點位置伺服好像是可以 這么做的， 可以多用幾個開關(guān)引些電阻出來調(diào)占空比，這么做簡單嗎，應(yīng)該不會啦，調(diào)試應(yīng)該是非常麻煩而且運行也不一定可靠的。 其實主要還是他那個年代， 單片機這東西不流行呀， 哪里會喲！使用傳統(tǒng)單片機控制舵機的方案也有很多， 多是利用定時器和中斷的方式來完成控制的， 這 樣的方式控制 1 個舵機還是相當(dāng)有效的， 但是隨著舵機數(shù)量的增加， 也許控制起來就沒

5、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 AVR 也有控制 32個舵機的試驗板， 不過精度能不能達(dá)到 2 微秒可能還是要泰克才知道了。 其實測試起來很簡單， 你只需要將其 控制信號與示波器連接，然后讓試驗板輸出的舵機控制信號以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 delay memory 這樣的具有創(chuàng)造性的指令發(fā)揮了功效。該指令的延時時間為數(shù)據(jù)單元中的立即數(shù)的值加1個指令周期（數(shù)據(jù) 0出外，詳情請參見delay指令使用注意事項）因為是 8 位的數(shù)據(jù)存儲單元，所以memory中的數(shù)據(jù)為（0255），記得前面有提過，

6、舵機的角度級數(shù)一般為 1024級，所以只用一個存儲空間來存儲延時參數(shù)好像還不夠用的，所以我們可以 采用 2 個內(nèi)存單元來存放舵機的角度伺服參數(shù)了。所以這樣一來，我們可以采用這樣舵機驅(qū)動的應(yīng)用場合：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 ,必然給你最真實的駕車體驗 .2. 多自由度機器人設(shè)計 ,為什么日本人設(shè)計的機器人可以上萬RMB 的出售 ,而國內(nèi)設(shè)計的一些兩三千塊也賣不出去呢,還是一個品質(zhì)的問題 .3. 多路伺服航?？刂?,電動遙控飛機 ,油動遙控飛機 ,航海模型等傳統(tǒng)舵機、數(shù)字舵機與純數(shù)字舵機傳統(tǒng)舵機的控制方式以 20ms 為一個周期，用一個 1.5ms

7、7; 0.5ms 的脈沖來控制舵機的 角度變化，隨著以 CPU 為主的數(shù)字革命的興起，現(xiàn)在的舵機已成為模擬舵機和數(shù)字舵機并 存的局面，但即使是現(xiàn)在的數(shù)字舵機，其控制接口也還是傳統(tǒng)的1.5ms± 0.5ms 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， 這 在傳統(tǒng)的遙控競賽等領(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。 純數(shù)字舵機采用全新的單線雙工通訊協(xié) 議，不僅能執(zhí)行普通舵機的全部功能，還可以作為一個角度傳感器，監(jiān)測舵機的實際位置， 而且可以多個舵機并聯(lián)互不影響。

8、在未來的自動化控制領(lǐng)域有著不可估量的優(yōu)勢。 采用純數(shù) 字舵機構(gòu)建的自動化控制系統(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 成本，提高產(chǎn)品性價比，增強市場競爭力。簡單認(rèn)識數(shù)碼舵機但是數(shù)碼化舵一個數(shù)十元的伺服器與數(shù)百元的伺服器在外表上并沒有多大的分別， 機比上一代傳統(tǒng)的普通舵機有更快的反應(yīng)、更精確以及更為緊湊的效率。為何數(shù)碼是較佳的 ?一個數(shù)碼化的舵機內(nèi)置了微型的處理器，這正是數(shù)碼舵機優(yōu)點所在。這個微型處理器 可以因應(yīng)所接收的訊號而作出指令， 至於傳統(tǒng)的舵機則經(jīng)常只是檢查自己的位置是否正確并 作出更正。 傳統(tǒng)的舵機將指令的動作傳至輸出軸， 指令是來自接收器的脈沖， 每秒每秒中約

9、有四十至五十次的調(diào)整。 但是數(shù)碼化舵機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)的舵機有更快的反應(yīng)。 這個快速的更正也可以讓你感覺到舵機是較為 “強”的、 如果你嘗試去扭動已啟動的數(shù)碼舵機輸出臂離開指令位置的話的話，你會發(fā)覺它有更強的能力去保持原來的位置， 這也是由於舵機非常迅速地為輸出軸的位置作出更正調(diào)節(jié)。 這正適合 模型需要強大的回中能力。傳統(tǒng)的舵機要在偏離原來指定的位置較遠(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力以及更

10、為精確。當(dāng)你啟動了數(shù)碼舵機之後，它會發(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)碼舵機不能與普通舵機混合使用在更換舵機的時候請注意 ,如果你的直升機或飛機使用的是普通舵機 ,那么在更換其 中某個舵機的時候 ,不能將普通舵機與數(shù)碼舵機混合使用 .要么全部使用普通舵機 ,要么全部 使用數(shù)碼舵機。數(shù)碼舵機的簡介一個數(shù)十元的伺服器與數(shù)百元的伺服器在外表上并沒有多大的分別，但是數(shù)碼化舵機比上一代傳統(tǒng)的普通舵機有更快的反應(yīng)、更精確以及更為緊湊的效率。為何數(shù)碼是較佳的 ?一個數(shù)碼化的舵機內(nèi)置了微型的處理器，這正是數(shù)碼舵機優(yōu)點所在。這個微型處理器 可以因應(yīng)所接收的訊號而作出指

11、令， 至於傳統(tǒng)的舵機則經(jīng)常只是檢查自己的位置是否正確并 作出更正。 傳統(tǒng)的舵機將指令的動作傳至輸出軸， 指令是來自接收器的脈沖， 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)的舵機有更快的反應(yīng)。 這個快速的更正也可以讓你感覺到舵機是較為 “強”的、 如果你嘗試去扭動已啟動的數(shù)碼舵機輸出臂離開指令位置的話的話，你會發(fā)覺它有更強的能力去保持原來的位置， 這也是由於舵機非常迅速地為輸出軸的位置作出更正調(diào)節(jié)。 這正適合 模型需要強大的回中能力。傳統(tǒng)的舵機要在

12、偏離原來指定的位置較遠(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力以及更為精確。當(dāng)你啟動了數(shù)碼舵機之後，它會發(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。舵機的性能及安裝舵機是遙控模型無線電操縱系統(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法操縱， 造成事故的發(fā)生。所 以，在使用舵機前，了解它的性能和安裝方法是必要的。日前市場上出售的模型舵機，主要是比例式的，類型有普通型、超小型， 強力型和特殊 用途型等幾種。下面分別介紹一下

13、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、舵面阻力相對小的模型上，如P5A、小型電動類模型等。強力型：100克，0. 2秒/ 60度，力矩9千克厘米。這種舵機輸出力矩大，可以克服高速、大舵 面帶來的阻力大的缺點。 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、 大型仿真飛機模型、現(xiàn)代特技飛機模型、噴射模型飛機和F4 級模型等。特殊用途型 :（帆船

14、 ）、起落架多數(shù)特殊用途的舵機，其性能與強力型相似。通常用于專項任務(wù)，如收索機 蛇機等。另外， 還有些耐高溫和可防水的舵機， 主要用于科學(xué)研究和工業(yè)方面， 一般模型 很少采用，但近年來這種舵機隨著模型產(chǎn)品的發(fā)展在民用模型領(lǐng)域發(fā)展迅速。般的舵機內(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。 日產(chǎn)成品舵機品質(zhì)較好，剩余功率大，不易打齒、比較耐用。國產(chǎn)舵機質(zhì)量有的也不錯。安 裝舵機也很重要，安裝方法主要有三種：(1) 用膠直接把舵機粘在模型上。要求帖接技術(shù)較高，不能更換，通常用于一些簡單模型。(2) 對好舵機兩邊的安裝孔，用螺釘固定。這種方法的好處是容易更換。(3) 利用配套的固

15、定片及減震片固定。對丁裝大容積內(nèi)燃機的模型，為了減少振動對舵機的 損害，多采用這種方法。舵機的安裝位置應(yīng)盡量靠近模型的重心。 有條件時， 舵機和接收機應(yīng)盡量分別使用電源。 電源電壓不足時，應(yīng)立即更換，以免舵機操縱失靈導(dǎo)致空中停機。舵機輸出盤(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明一下，對于些電動模型的動力電機控制，原來用一個舵機作開關(guān)，但作用不大， 后來有些人用直接粘一個電位器的辦法來對電機進行無級操縱。 現(xiàn)在， 有些廠家已生產(chǎn)出成 品的無級變速器(現(xiàn)在叫電調(diào)) ， 直接插在一個通道中，對電機進行加、

16、減速等無級控制， 既輕巧，又經(jīng)濟。不過，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， 最好請專人對它的電路進行一下改裝， 防止操縱失誤。 變速器最好單用一組動力電源， 如果同時使用接枚機電源， 將會影響接收機的工作和舵機的 動作機器人機電控制系統(tǒng)中的舵機1.什么是舵機：在機器人機電控制系統(tǒng)中，舵機控制效果是性能的重要影響因素。舵機可以在微機電 系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)， 其簡單的控制和輸出使得單片機系統(tǒng)非常容易與之 接口。舵機是一種位置 （角度） 伺服的驅(qū)動器， 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

17、，如航模，包括飛機模型，潛艇模型；遙控機器人中已經(jīng)使用 得比較普遍。舵機是一種俗稱，其實是一種伺服馬達(dá)。還是看看具體的實物比較過癮一點：2. 其工作原理是：控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms,寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，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)輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。 當(dāng)電機轉(zhuǎn)速 一定時,通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn),使得電壓差為0,電機停止轉(zhuǎn)動。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 道可以拿它來做開關(guān)

18、管或放大管就行了, 至于管內(nèi)的電子具體怎么流動是可以完全不用去考 慮的。 . 舵機的控制：3 要精確的控制舵機,其實沒有那么容易,很多舵機的位置等級有1024 個,那么,如果舵機的有效角度范圍為 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, 從時間上看其實要求的脈寬控制精度為2000/1024US約2us。如果你拿了個舵機，連控制精度為 1 度都達(dá)不到的話, 而且還看到舵機在發(fā)抖。 在這種情況下, 只要舵機的電壓沒有抖動, 那抖動的就是你的控制脈沖了。 而這個脈沖為什么會抖動呢？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來調(diào)舵機的驅(qū)動脈沖, 如果只是控制幾個點位置伺服好像是可以 這么做的, 可以多用幾個開關(guān)引些電阻出來調(diào)占空比,這么做簡單嗎,應(yīng)該不會啦,調(diào)試應(yīng)該是非常麻煩而且運行也不一定可靠的。 其實主要還是他那個年代, 單片機這東西不流行呀, 哪里會喲！使用傳統(tǒng)單片機控制舵機的方案也有很多, 多是利用定時器和中斷的方式來完成控制的, 這 樣的方式控制 1 個舵機還是相當(dāng)有效的, 但是隨著舵機數(shù)量的增加, 也許控制起來就沒有那 么方便而且可以達(dá)到約 2微秒的脈寬控制精度了。聽說 AVR 也有控制 32個舵機的試驗板, 不過精度能不能達(dá)到 2 微秒可能還是要泰克才知道了。 其實