Серво ШИМ Как настроить сигнал ШИМ сервопривода? Научите вас решать проблему тряски и невращения сервопривода и сделать сервопривод послушным

При игре ссервопривод, вы когда-нибудь сталкивались с такой ситуацией: хотя программа написана,сервоприводпросто не слушается, либо постоянно трясется, либо застревает на середине поворота, либо вообще не двигается? Этот «поворот Шредингера» действительно сводит людей с ума. Фактически, девять из десяти причин этого являются «душой»сервопривод- сигнал ШИМ подается неправильно. Сегодня мы поговорим о том, что такое ШИМ сервопривода, и как заставить сервопривод «повиноваться вашим словам».

Что такое ШИМ сервопривода?

Проще говоря, ШИМ — это «код» или «язык», управляющий вращением рулевого механизма. Подумайте об этом: чтобы заставить серводвигатель повернуться на определенный угол, вы должны указать ему, насколько и куда повернуть, верно? Эта команда передается в виде волны ШИМ по сигнальной линии. На самом деле это прямоугольная волна с постоянно меняющимися высокими и низкими уровнями.

Эта прямоугольная волна имеет ключевой параметр, называемый «шириной импульса», который представляет собой продолжительность высокого уровня. Для обычных сервоприводов длительность импульса обычно составляет от 0,5 до 2,5 мс. Вы можете думать об этом как о повороте руля. Длительность импульса 0,5 мс соответствует крайнему левому положению, 1,5 мс соответствует возвращению рулевого колеса в центр, а 2,5 мс соответствует крайнему правому крайнему положению.

Внутри рулевого механизма имеется схема управления, которая всегда будет следить за шириной импульса. Когда ширина импульса изменяется, двигатель поворачивается на соответствующий угол. Итак, вы видите, что управление сервоприводом, по сути, заключается в точном контроле продолжительности этого высокого уровня. Это то, что делает ШИМ.

Почему мой сервопривод всегда вибрирует?

Вибрация сервопривода — очень распространенная головная боль, особенно когда вы только начинаете. Такое ощущение, что вы попросили серводвигатель двигаться на восток, он колебался, затем качнулся на запад и, наконец, двинулся на восток. Весь процесс был полон «нежелания». Когда это происходит, 99% причин заключаются в нестабильности сигнала ШИМ.

Если вдуматься, то если «код», данный сервоприводу, нечеткий и колеблется, сервопривод будет постоянно корректировать свое положение по неверным инструкциям, что проявится в виде высокочастотного джиттера. Как будто кто-то продолжает трясти твой руль из стороны в сторону. Может ли машина перестать трястись?

Существует множество причин нестабильности сигнала, например, недостаточное питание, а при колебаниях напряжения сигнал становится хаотичным. Также в коде неправильно настроен таймер, генерирующий ШИМ, или функция типазадерживать()используется, что блокирует запуск программы, что приводит к неточной синхронизации сигнала. Поэтому для решения проблемы джиттера надо в первую очередь начать с источника — качества сигнала и стабильности источника питания.

Как рассчитать подходящее значение ШИМ

Многие новички застревают на этапе «Какое число нужно ввести в код?» На самом деле это не сложно. Главное — понять, как используемая вами плата разработки или библиотека драйверов преобразуют временную концепцию «ширины импульса» в «цифры».

В качестве примера возьмем самую распространенную библиотеку Servo.h. Он используетнаписать (угол)функция для прямого управления, что просто, но недостаточно точно. Более продвинутый метод – использовать(микросекунды)чтобы напрямую сказать ему, сколько микросекунд длится высокий уровень. Например.(1500);это вернуть сервопривод в среднюю точку.

Если вы работаете с регистрами напрямую или используете другие платформы без библиотеки Servo, вам придется рассчитать ее самостоятельно. Например, если период ШИМ составляет 20 мс, а вы хотите, чтобы ширина импульса составляла 1,5 мс, тогда коэффициент заполнения составит 1,5/20 = 7,5%. Если ваше разрешение ШИМ составляет 8 бит (0-255), соответствующее значение будет 255 * 7,5% ≈ 19. Как только мы найдем это соответствие, все вдруг станет ясно.

Как сделать так, чтобы рулевой механизм вращался плавно

После того, как вы устранили дрожание и позволили сервоприводу контролировать место удара, следующая задача — сделать его движения более естественными и плавными. Если он мгновенно перескочит с 0 градусов на 90 градусов, сервопривод подпрыгнет с «хлопком», который будет очень резким и повлияет на механическую конструкцию.

Если вам нужна плавность, секрет в «интерполяции». Не передавайте целевой угол сервоприводу сразу, а разделите путь на множество маленьких шагов и добавьте очень короткую задержку между каждым шагом. Это похоже на воспроизведение фильма, переключение кадр за кадром, и непрерывное движение становится плавным.

️Этапы эксплуатации :

1. Установите начальную и конечную точку: например, от 0 градусов до 90 градусов.

2. Определить длину шага: например, поворот на 1 градус за шаг.

3. Круговое движение: Используйтедляцикла, от 0 до 90, каждый раз увеличиваясь на 1 градус. В теле цикла сначала дайте сервоприводу повернуться на текущий угол, затемзадержка(15)миллисекунд или около того, прежде чем перейти к следующему шагу. Таким образом, сервопривод будет плавно вращаться на 90 градусов, как в анимации. Это время задержки можно настроить в зависимости от того, насколько быстро вы хотите, чтобы действие происходило.

Какие странные проблемы могут быть вызваны недостаточным питанием?

Об этой проблеме необходимо упомянуть, потому что ее слишком легко игнорировать, а вызванные ею явления сбоев весьма странны. Рулевой механизм по сути представляет собой двигатель. Чем сильнее мощность, тем больший ток требуется. Если вы напрямую используете контакт 5 В на макетной плате для питания большого сервопривода, это эквивалентно использованию небольшой водопроводной трубы для подачи воды в пожарную машину.

Необоснованный перезапуск: Когда сервопривод включен, мгновенный ток снижает напряжение материнской платы, вызывая сброс микроконтроллера.

Сумасшедший спиннинг: Напряжение нестабильно. Мало того, что сам сервопривод не работает должным образом, он может даже помешать работе программы микроконтроллера и привести к сбою кода.

Не было никакого ответа: ток вообще не мог его нести, а сервопривод просто гудел и вообще не двигался.

Поэтому, если ваш сервопривод немного мощный, как этот, настоятельно рекомендуетсяподготовить отдельный источник питания для сервопривода(например, аккумулятор или модуль стабилизации напряжения), а затем подключите макетную плату и провод заземления (GND) сервопривода к одному и тому же заземлению, чтобы гарантировать, что сигналы имеют общую опорную точку. Это основная операция для игры с большими сервоприводами.

Как выбрать рулевой механизм, подходящий для вашего проекта

На рынке представлены все виды сервоприводов по цене от нескольких до сотен юаней. Как выбрать наиболее подходящий? В основном обращайте внимание на несколько жестких показателей, а не только на внешний вид.

1. Посмотрите на крутящий момент: Крутящий момент определяет мощность рулевого механизма. Обычно единицей измерения является кг·см, что означает, насколько тяжелый предмет можно поднять на 1 см от центра оси рулевого колеса. Насколько тяжелая конструкция в вашем проекте, насколько велик диапазон движений и какая сила требуется? Просто сделайте несколько преобразований и оставьте небольшой запас, и вы сможете принять решение.

2. Посмотрите на скорость: единица измерения — секунды/60 градусов, например 0,12 секунды/60°, что означает, что поворот на 60 градусов занимает 0,12 секунды. Это зависит от ваших требований к скорости передвижения. Если вы хотите, чтобы оно было быстрее, выберите меньшее число.

3. Посмотрите на тип: аналоговый рулевой механизм и цифровой рулевой механизм. Проще говоря, цифровые сервоприводы реагируют быстрее, управляют более деликатно и обладают большей удерживающей способностью, но они также дороже. Для большинства проектов начального уровня достаточно аналоговых сервоприводов. Поняв эти моменты, вы сможете быстро определить свою цель среди большого количества продуктов.

После стольких разговоров мне интересно, над какими проектами вы сейчас работаете. Сталкивались ли вы с какими-либо странными проблемами с сервоприводом? Добро пожаловать, поделитесь своей историей в области комментариев, и давайте обсудим и решим ее вместе. Если вы считаете эту статью полезной, не забудьте поставить ей лайк и поделиться ею с друзьями, которых тоже мучает рулевой механизм!