Принцип управления сервоприводом с ШИМ объясняет, как заставить сервопривод точно вращаться за счет ширины импульса.

Вы наверняка сталкивались с такой ситуацией: вы с радостью установилисервоприводна роботе или интеллектуальном продукте и хотел, чтобы он поворачивался под точным углом. В результате его либо продолжало трясти, либо он не мог повернуться на месте, либо вообще не реагировал. В чем проблема? В девяти случаях из десяти вы не совсем поняли принцип управления ШИМ (широтно-импульсной модуляцией).сервопривод. Не пугайтесь этих высоких английских букв. Если вы их ясно понимаете, вашсервоприводсможет указать, куда ударить.

Что такое ШИМ-сигнал и почему он может управлять сервоприводом?

Проще говоря, сигнал ШИМ — это «секретный сигнал», который использует прямоугольные волны для передачи информации. Вы можете думать об этом как об использовании фонарика для отправки кода Морзе, за исключением того, что фонарик включается и выключается вместо напряжения. Причина, по которой сервопривод может понять этот код, зависит от небольшой печатной платы внутри него. Эта плата действует как верный страж, всегда следящий за посылаемым вами ШИМ-сигналом.

Ключевая информация, скрытая в этом сигнале, заключается не в том, насколько велико напряжение и не насколько велика частота, а в так называемой «длительности высокого уровня», то есть в длительности импульса. Часовой сервопривода измерит эту ширину, а затем запустит двигатель сервопривода, чтобы повернуть выходной вал на соответствующий угол в зависимости от этого отрезка времени. Это его самая основная логика.

Как продолжительность высокого уровня определяет угол поворота рулевого механизма?

Для большинства стандартных сервоприводов «универсальным языком», который они распознают, является сигнал ШИМ с периодом 20 миллисекунд. В этом цикле длительность высокого уровня (то есть ширина импульса) изменяется от 0,5 миллисекунды до 2,5 миллисекунды, что соответствует диапазону вращения выходного вала сервопривода от 0 градусов до 180 градусов.

Приведите конкретный пример и вы поймете:

️ Когда вы подаете сервоприводу сигнал высокого уровня длительностью 0,5 миллисекунды, он понимает, что переходит в положение 0 градусов.

️ Когда это время станет равным 1,5 миллисекундам, оно повернётся в среднее положение на 90 градусов.

️ Если он длится 2,5 миллисекунды, он знает, что нужно указать на 180 градусов.

Поэтому вам нужно только точно контролировать время этого высокого уровня, и вы можете приказать сервоприводу вращаться на любой угол, как вам нравится. Весь процесс подобен использованию линейки, шкалой на которой является время.

Почему мой сервопривод всегда трясется при повороте?

Это определенно самая большая головная боль как для новичков, так и для ветеранов. Сервопривод вибрирует так же, как вы заикаетесь, когда говорите. Основная причина в том, что отправленный на него сигнал «нечеток». Есть две наиболее распространенные ситуации: во-первых, плата управления (например), которую вы используете для генерации сигнала ШИМ, недостаточно стабильна или возникла проблема с кодом, из-за которой высокий уровень сохраняется в течение длительного и короткого времени.

Недостаточное питание! Сервоприводу требуется относительно большой ток при запуске и повороте. Если батарея или модуль стабилизации напряжения не смогут поддерживать напряжение, напряжение будет понижено, что приведет к сбою платы управления или искажению сигнала. Это похоже на то, как если бы человек работал голодным, у него естественно тряслись бы руки и ноги. Поэтому, когда сервопривод трясется, не стоит сразу подозревать, что сервопривод сломан. Проверьте источник питания и код управления, что часто может решить проблему.

Как использовать микроконтроллер для быстрой генерации стандартных сигналов управления рулевым механизмом

В настоящее время, например, основные микроконтроллеры значительно упростили генерацию сигналов ШИМ. Вам вообще не нужно вручную рассчитывать тонкое время каждого высокого уровня, достаточно вызвать несколько готовых функций.

Здесь вам помогут такие библиотеки, как Servo.h. Все, что вам нужно, это:

1. #Сообщите программе, что вы хотите использовать функцию сервопривода.

2. .(9) Подключите сигнальную линию сервопривода к контакту № 9.

3. .write(90) Посмотрите, это так просто! Эта строка команды заставит сервопривод повернуться прямо на 90 градусов.

Файл библиотеки незаметно выполняет за вас всю сложную настройку таймера и генерацию импульсов. Вам нужно только обращать внимание на то, сколько градусов вы пишете, а все остальное он сделает сам, что значительно снижает входной барьер.

В чем разница между управлением сервоприводом на 180 градусов и сервоприводом с непрерывным вращением на 360 градусов?

Это особенно легко спутать. Многие люди покупают не тот сервопривод, а затем неправильно настраивают программу. То, что мы обычно называем сервоприводом на 180 градусов, является «угловым сервоприводом». Внутри у него есть потенциометр обратной связи, который может знать, куда он поворачивается. Если вы дадите ему импульс, он перейдет в фиксированное положение.

Сервопривод с непрерывным вращением на 360 градусов выглядит точно так же, как сервопривод с поворотом на 180 градусов, но внутренняя структура была изменена. Его больше не волнует, под каким углом вы его повернете, а интерпретирует ширину импульса как «скорость и направление». Это также импульс длительностью 1,5 миллисекунды. Для сервоприводов с поворотом на 180 градусов он останавливается посередине, а для сервоприводов с поворотом на 360 градусов он останавливается полностью. Если оно меньше 1,5 миллисекунды, он будет двигаться назад на полной скорости; если оно превышает 1,5 миллисекунды, он будет вращаться вперед на полной скорости. Проще говоря, одна инструкция «куда идти», а другая — инструкция «как двигаться».

На какие ключевые параметры, помимо угла, следует обратить внимание при выборе сервопривода?

Только понимая принципы управления и выбирая правильный рулевой механизм, ваш проект может быть успешным. Помимо определения того, нужен ли вам разворот на 180 или 360 градусов, необходимо учитывать два ключевых параметра: крутящий момент и скорость. Крутящий момент определяет мощность сервопривода и обычно измеряется в кг·см, что означает, сколько объектов сервопривод может тянуть на расстоянии 1 см от центра выходного вала.

Если вашей руке робота необходимо поднимать тяжелые предметы, она определенно не сработает, если крутящий момент мал. Скорость определяет, насколько быстро вращается сервопривод, и измеряется в секундах/60 градусах. Эти два параметра часто противоречат друг другу. Более сильный сервопривод обычно вращается медленнее. Вам необходимо найти баланс между силой и скоростью, исходя из реальных потребностей вашего проекта. Например, при изготовлении подвеса для камеры плавная скорость важнее прочности.

После стольких разговоров мне интересно, с какой самой странной или самой сложной проблемой вы столкнулись при использовании рулевого механизма? Поделитесь им в комментариях, и давайте посмотрим, сможем ли мы решить эту проблему, используя принципы, о которых мы говорили сегодня! Если вы найдете эту статью полезной для себя, не забудьте поставить ей лайк и поделиться ею с друзьями, которые тоже играют с оборудованием.