Ilustração da desmontagem da caixa de direção. A estrutura interna pode ser compreendida rapidamente.

Neste início de verão, o clima na oficina é adequado, o que é um bom momento para operação. Neste momento, você está olhando para os quatro parafusos na superfície da caixa da caixa de direção. Há quanto tempo você hesitou em seu coração? Devo optar por desmontá-lo ou não desmontá-lo? Pare de fazer esse comportamento de espera. O conteúdo escrito neste momento é na verdade um relatório analítico explicando a estrutura interna.

uma conclusão invertida

Convencionalmente, julgaremos um servo com base no torque, velocidade e precisão, mas isso está errado. Na verdade, todos os parâmetros de desempenho são o resultado da estrutura interna, e não a causa dela.O que realmente precisa ser examinado cuidadosamente é a existência física dos quatro módulos principais do motor e do conjunto de engrenagens, bem como do potenciômetro e da placa de controle.. Você deve primeiro verificar sua estrutura e depois falar sobre os parâmetros. Este é sem dúvida o limiar cognitivo dos jogadores experientes.

Então, por onde começar?

Motor: o jogo do núcleo de ferro no coração do poder

Retire a carcaça e a primeira coisa que chama a atenção deve ser o motor. É um motor sem núcleo ou um motor sem escova? Isto determinará diretamente 80% das características subjacentes do servo. O motor sem núcleo tem inércia do rotor extremamente baixa e a velocidade de resposta de partida e parada é tão rápida quanto um raio. Mas a que custo? É uma escova de carvão. É como uma bomba-relógio com atrito físico. Sem escova, mas subverte completamente essa lógica. Sem escovas de carvão, a comutação do campo magnético é completada pelo circuito de acionamento. A vida útil foi aumentada em ordens de magnitude, a eficiência foi bastante melhorada e até mesmo a interferência de faíscas foi eliminada da fonte. Quando você considera o peso de um servo de última geração, o conjunto MOSFET na placa do driver e a bobina do estator bem enrolada são valiosos por si só.

A análise de imagens da estrutura interna da caixa de direção nunca foi uma simples questão de leitura e leitura de imagens. Você deve compreender a concordância silenciosa entre o núcleo de ferro e o ímã, a linearidade do núcleo e a explosão sem escova. Não existe bom ou ruim, apenas escolhas diferentes.

Aí vem o problema. Não importa quão poderosa seja a potência, como ela pode ser usada sem desaceleração precisa e aumento de torque?

Conjunto de engrenagens: fluxo de força em degraus de metal

A velocidade do motor muitas vezes atinge dezenas de milhares de rotações, que devem ser controladas. O conjunto de engrenagens é o programa para conseguir essa domesticação de dentes de plástico? Em seguida, pule diretamente, esse é o pretérito do livro introdutório. Agora estamos nos concentrando em engrenagens totalmente metálicas. A solução comum é que os dentes do motor sejam feitos de latão, o que tem função autolubrificante e compromete em termos de ruído. O estágio intermediário é feito de alumínio para proporcionar leveza e corresponder à inércia. A saída do estágio final é feita de aço para suportar o torque de impacto. Isto não é um compromisso no custo, mas um projeto tribológico preciso.

Agora imagine o servo na sua mão. Sua posição virtual vem da tolerância física da lacuna dentária, e essa tolerância é física. Sua suavidade vem da precisão do lixamento da superfície do dente. A engrenagem de liga de titânio é uma existência no nível do palácio. É um estado absolutamente puro e livre de impurezas que é quase não magnético à custa do peso. Contudo, mais sabedoria popular está escondida na transformação. Os números e o design das engrenagens de mudança têm a mesma distância central, raízes dos dentes mais grossas e maior capacidade de carga. Por que o servo em sua mão ousa marcar um alto torque de 25kg? A resposta está na película de óleo de mordida extremamente superficial e na curvatura involutiva na superfície do dente. Quando o servo com dentes lascados é desmontado, a seção transversal geralmente não é de cisalhamento puro, mas de descascamento por fadiga. Esta é a confissão silenciosa da ciência dos materiais.

O segundo significado de analisar as imagens da estrutura interna da caixa de direção é que, ao olhar para as engrenagens, você deve olhar para a imagem traseira das engrenagens quando elas se engrenam, e também precisa ser capaz de ler o caminho do fluxo de força.

A potência é transmitida ao eixo de saída. Quem define a posição?

Feedback de posição: a lacuna cognitiva entre potenciômetros e codificação magnética

Um potenciômetro possui uma tira contínua de resistor de filme de carbono e um contato metálico deslizante. Este é o circuito fechado de posição mais clássico. Imagine que cada ligeira mudança de ângulo corresponderá a uma relação linear de divisão de tensão, que possui características simples, baratas e reais, mas o contato está em estado de movimento físico. Após milhões de fricções, o filme de carbono se desgastará, o sinal saltará e o servo começará a vibrar como um “pensamento quebrado”. Este é o calcanhar de Aquiles em termos de longevidade.

Então, a codificação do campo magnético apareceu de repente. Há um ímã radial e um sensor Hall que pode detectar ângulos absolutos sem contato. Não há desgaste e nenhum ruído de contato. Isto é uma revolução. No momento em que você desliga o dispositivo e o liga novamente, o servo não precisa “encontrar a mudança” porque a codificação magnética pode lembrar a posição absoluta. Esta é uma característica que os sistemas de potenciômetros só podem sonhar em possuir. No entanto, isso traz maior pressão de análise na placa de controle, com algoritmos complexos de interpolação e lógica de filtragem em execução naquele pequeno chip. Quando você vê as palavras “programáveis” em servos de última geração, sua confiança vem daqui.

Se a expectativa de vida é determinada pelo feedback, o que determina a alma?

Placa de controle e algoritmo: a obra milagrosa no MCU

Um sinal PWM é enviado por você com duração de 1.500 microssegundos. O que acontece dentro do servo? O MCU na placa de controle captura a largura do pulso, realiza a conversão ADC na tensão do potenciômetro e executa uma operação clássica de subtração PID. O que é chamado de erro é o valor alvo menos a posição atual.Este valor de erro é amplificado pela proporção P, o erro estático é eliminado pela integral I e ​​o overshoot é amortecido pelo diferencial D. Então o PWM aciona a ponte H e o motor gira loucamente.. Todo o processo completa um ciclo em algumas centenas de microssegundos.

Qual deve ser o tamanho da zona morta? atual?放太多电流会导致烧板子，限制得太死又会没有力气。 É tudo uma arte de controlar parâmetros.Você pode sentir o servo "seguindo a mão" em sua mão, o que é uma combinação natural alcançada após o ajuste dos parâmetros PID e a correspondência de inércia mecânica.. Sentindo-se "suave"? Isso porque a configuração do item D é muito grande ou a redundância do motor não é suficiente. A alma de um servo não é o pedaço de ferro, mas as poucas linhas de código do firmware. A estratégia de controle compilada é a barreira central invisível a olho nu.

IncluirAnálise de imagem da estrutura interna da caixa de direçãoA lição em que a situação está na fase final é a lição final para explicar este aspecto. Apenas ver o status da fiação do PCB não significa que você pode ver a verdade real, e a verdade real está escondida no armazenamento Flash do MCU.

Perguntas frequentes, detalhamento direto

P: Por que o servo vibra loucamente em um determinado ângulo?

R: Neste ângulo do potenciômetro, o filme de carbono está desgastado, o que faz com que a tensão de feedback salte, fazendo com que a placa de controle julgue erroneamente que há um desvio de posição, então a operação de correção é repetida. Neste momento, o módulo de feedback deve ser substituído.

P: As engrenagens de metal realmente nunca rangem os dentes?

Nível 1: Impossível. Os dentes de aço no grau inferior irão definitivamente quebrar se forem impactados além da faixa de limite de escoamento. É muito provável que o latão dos dentes do motor tenha rachado primeiro, o que é um ato de auto-sacrifício protetor.

P: O mecanismo de direção de alta tensão é apenas um artifício?

Não, aumentar a tensão aumentará diretamente o valor de pico do torque e da velocidade do motor. Sob a mesma demanda de energia, a corrente diminuirá e a geração de calor diminuirá de acordo com a relação quadrada. Esta é uma vantagem física extremamente restrita.

P: Por que sinto resistência quando o servo sem escova é parado?

O efeito de engrenagem é exercido pelos ímãs permanentes no núcleo do estator e produz um desempenho normal do torque de posicionamento A. Durante o processo de não energização, o rotor é travado em muitos pontos estáveis ​​naturais. A ausência de resistência quando a energia é desligada é uma característica inerente ao copo oco.。

P: Por que ainda há vapor de água depois que o mecanismo de direção à prova d'água é embebido em água?

R: Esse tipo de anel de vedação só pode impedir a água líquida. Durante a operação, o ar dentro dele absorverá a umidade externa devido à expansão e contração térmica, e a umidade se transformará em gotas de água após a condensação. A vedação absoluta não existe.

Agora, a postura correta para encerrar o caso

Você nunca pode voltar. Ao ver a caixa de direção, você verá o número de pares de pólos do motor sem escova, o módulo e o coeficiente de deslocamento da engrenagem, o erro de linearidade da codificação magnética e a resposta no domínio da frequência da malha de controle. Isto é o que acontece quando você vê a essência através da estrutura. O prazer de ajustar o ganho D, aplicar graxa de dissulfeto de molibdênio nos dentes de saída e experimentar a customização do ângulo trazida pela codificação magnética. Os modelos de aeronaves, robôs e plataformas servo deste verão estão todos esperando por um servo que reestruturou sua cognição. Tome uma atitude.