Princípios de controle da velocidade do servo motor: um guia completo para PWM e controle de sinal

2.1 Mapeamento de largura de pulso padrão para velocidade

O ponto neutro (velocidade zero) é normalmente um pulso de 1,5 ms. Desvios deste valor produzem velocidade proporcional em uma direção ou outra.

Nota: Os pontos finais exatos podem variar ligeiramente entre os fabricantes (±0,1 ms), mas a relação linear permanece a mesma.

2.2 Exemplo de caso comum: controlando a velocidade da roda de um carro robótico

Imagine que você está construindo um pequeno carro robótico usando dois servos de rotação contínua como rodas motrizes. Você quer que o carro avance lentamente e depois acelere gradualmente.

Velocidade lenta de avanço:Envie um pulso de 1,55 ms a cada 20 ms – apenas 0,05 ms acima do neutro. O servo gira para frente a aproximadamente 10% de sua velocidade máxima.

Velocidade média de avanço:Envie um pulso de 1,60 ms – cerca de 50% da velocidade.

Avançar a toda velocidade:Envie um pulso de 1,70 ms – velocidade de avanço de 100%.

Velocidade lenta reversa:Envie um pulso de 1,45 ms – cerca de 10% da velocidade reversa.

Ao aumentar a largura do pulso em pequenos passos (por exemplo, incrementos de 0,01 ms), você obtém um controle de velocidade suave e proporcional. Este mesmo princípio se aplica a mecanismos pan-tilt, correias transportadoras ou qualquer aplicação que exija velocidade de rotação variável.

2.3 Por que período de 20 ms (50 Hz)?

O período de 20 ms é a taxa de atualização padrão para a maioria dos servos. O servo lê a largura do pulso uma vez por ciclo. Períodos mais curtos (frequências mais altas) podem causar superaquecimento ou comportamento errático, enquanto períodos mais longos (frequências mais baixas) reduzem a capacidade de resposta. Sempre use 50 Hz (período de 20 ms) como linha de base.

Etapa 1: verifique se o seu servo está em rotação contínua

Ligue o servo e envie um pulso de 1,5 ms. Se parar ou manter a posição, pode ser um servo posicional padrão (remova o feedback se necessário).

Para um servo de rotação contínua conhecido, um pulso de 1,5 ms torna o eixo estacionário.

Etapa 2: gerar o sinal PWM de 50 Hz

Configure sua fonte de sinal para emitir um período de 20 ms (50 Hz). O ciclo de trabalho determina a largura do pulso:

Ciclo de trabalho (%) = (largura de pulso em ms/20 ms) × 100

Exemplos:

Pulso de 1,5 ms → ciclo de trabalho de 7,5%

Pulso de 1,3 ms → ciclo de trabalho de 6,5%

Pulso de 1,7 ms → ciclo de trabalho de 8,5%

Etapa 3: mapeie a velocidade desejada para a largura do pulso

Crie uma função de mapeamento linear:

Entrada: velocidade desejada de –100% (máx. ré) a +100% (máx. avanço), onde 0% = parada.

Saída: largura de pulso = 1,5 ms + (fração de velocidade desejada × 0,2 ms)

Exemplo de mapeamento:

–100% → 1,3ms

–50% → 1,4ms

0% → 1,5ms

+50% → 1,6ms

+100% → 1,7ms

Etapa 4: envie o sinal e observe

Ajuste a largura do pulso em pequenos incrementos (por exemplo, 0,01 ms) para obter uma aceleração suave. Mudanças abruptas de reversão total para avanço total podem causar estresse mecânico – sempre aumente a largura do pulso gradualmente.

4.1 O servo não para em 1,5 ms

Causa:Tolerâncias de fabricação ou variações de tensão deslocam o ponto neutro.

Solução:Calibre seu servo específico. Envie pulsos de 1,4 ms a 1,6 ms e encontre a largura exata do pulso onde a rotação para. Use esse valor como ponto neutro (por exemplo, 1,52 ms).

4.2 A velocidade não é proporcional à largura do pulso

Causa:O driver interno do servo possui uma banda morta – uma pequena faixa de pulso onde nenhum movimento ocorre (geralmente ±0,03 ms em torno do neutro).

Solução:Operar fora da zona morta. Para velocidades muito baixas, aceite que pequenas mudanças de pulso não produzem movimento; aumente o incremento de pulso para ultrapassar a banda morta.

4.3 Mudanças de velocidade com tensão da bateria

Causa:A velocidade do servo motor depende da tensão. A tensão mais baixa reduz a velocidade máxima; tensão mais alta aumenta.

Solução:Use uma fonte de alimentação regulada (por exemplo, 5V ou 6V regulada) para manter uma velocidade consistente. Para aplicações alimentadas por bateria, meça a tensão e compense ajustando dinamicamente o mapeamento pulso-velocidade se a velocidade precisa for crítica.

4.4 Jitter ou velocidade errática

Causa:Frequência de sinal PWM instável ou energia ruidosa.

Solução:Certifique-se de que seu sinal PWM seja gerado com temporizadores de hardware (não atrasos de software) e adicione um capacitor eletrolítico de 100–470 µF nos terminais de alimentação do servo para suavizar picos de tensão.

Recomendação 1: Sempre calibre seu servo específico

Não confie no neutro nominal de 1,5 ms. Escreva uma rotina de calibração simples que encontre o verdadeiro ponto de parada.

Registre o pulso mínimo para reversão total e o pulso máximo para avanço total.

Recomendação 2: Use PWM de hardware, sem usar Bit-Banging

PWM de hardware gerado por microcontrolador (por exemplo, temporizadores no modo PWM) produz pulsos estáveis ​​e sem oscilações. Os atrasos de software são muito inconsistentes para uma aceleração suave da velocidade.

Recomendação 3: Implementar Rampa de Aceleração

Nunca pule de ré total para avanço total instantaneamente. Altere a largura do pulso em não mais que 0,01–0,02 ms por intervalo de 50 ms para proteger o servo e a carga.

Recomendação 4: Validar a capacidade da fonte de alimentação

Um servo em velocidade máxima pode consumir 500–1500 mA. Certifique-se de que sua fonte de alimentação possa fornecer pelo menos o dobro da corrente nominal de bloqueio. Uma fonte regulada de 5V, 2A funciona para a maioria dos servos de rotação contínua simples.