Принцип вращения рулевого механизма: вы сможете научиться этому, как только выучите! Как контролировать угол с помощью ШИМ-сигнала, чтобы добиться точного позиционирования без задержек

Говоря осервоприводs, вы когда-нибудь сталкивались с такой ситуацией: вы купилисервоприводс огромной радостью, но после долгих возни с ним он то ли продолжал трястись, то ли застревал на полпути вращения, напрочь отказываясь подчиняться вашим приказам? Не волнуйтесь, возможно, это потому, что вы не понимаете, как это происходит. Только поняв принцип работы рулевого механизма, вы сможете по-настоящему управлять им и заставить его подчиняться вашим словам.

Почему рулевой механизм может точно остановиться под определенным углом?

Вам может быть интересно, почемусервоприводустойчиво останавливаться под заданным углом, если дать ему сигнал, а не вращаться, как обычный двигатель постоянного тока? Это происходит благодаря внутренней «системе управления с замкнутым контуром». Проще говоря, рулевой механизм включает в себя двигатель, редуктор и датчик положения (обычно потенциометр).

Когда вы отправляете команду целевого положения сервоприводу через сигнальную линию, схема управления немедленно сравнивает текущее положение с желаемым целевым положением. Если есть отклонение, двигатель будет вращаться до тех пор, пока положение, полученное от датчика, не будет соответствовать заданному вами заданному положению, и двигатель не остановится. Этот процесс может выполняться десятки или сотни раз в секунду, поэтому движение сервопривода, которое вы видите, является одновременно точным и плавным.

Каким образом управляющий сигнал заставляет рулевой механизм вращаться?

Это, пожалуй, самая запутанная часть. Обычно мы используем порт GPIO микроконтроллера (например, микроконтроллера) для отправки волны ШИМ на сервопривод. Как оно может стать поворотной силой? Фактически, микросхема управления внутри сервопривода представляет собой своего рода транслятор, который специализируется на интерпретации этого ШИМ-сигнала.

Этот сигнал ШИМ имеет ключевой параметр, называемый «шириной импульса», который представляет собой длительность высокого уровня. Для большинства стандартных сервоприводов это время варьируется от 0,5 мс до 2,5 мс. После того, как управляющий чип интерпретирует этот отрезок времени, вы узнаете, на какой угол вы хотите, чтобы он повернулся. Например, длительность импульса 1,5 мс обычно соответствует среднему положению (90 градусов), а 0,5 мс и 2,5 мс соответствуют двум крайним углам (0 градусов и 180 градусов) соответственно.

Как работает внутренняя структура рулевого механизма

Если вы разберете рулевой механизм и посмотрите на него, то обнаружите, что внутри находится тонко сконструированная микросистема. Центральный мозг — это небольшая плата управления, которая получает ваши инструкции и выносит суждения. Исполнительная часть представляет собой мощный двигатель постоянного тока, который может вращаться с высокой скоростью, но с небольшим крутящим моментом.

Чтобы мощность двигателя приводила в движение тяжелое рулевое колесо, на помощь приходит комплект понижающих передач. Они снижают высокую скорость вращения двигателя и одновременно усиливают крутящий момент в десятки, а то и сотни раз. Последней ключевой частью является потенциометр положения обратной связи, который подключен к выходному валу и сообщает мозгу в режиме реального времени: «Сэр, сейчас мы движемся в это положение!» Эти четыре части тесно взаимодействуют друг с другом, образуя целостный рулевой механизм, который определяет, куда наносить удар.

В чем разница между сервоприводом непрерывного вращения и стандартным сервоприводом?

Многие друзья будут использовать сервопривод непрерывного вращения как обычный сервопривод, но обнаруживают, что он полностью вышел из-под контроля, и думают, что он сломан. Эти два типа сервоприводов принципиально отличаются. Для стандартного сервопривода мы контролируем его абсолютное положение и позволяем ему останавливаться под определенным углом.

Когда сервопривод непрерывно вращается, внутренняя обратная связь потенциометра отключается, и схема управления заменяется на контроллер скорости и направления. В настоящее время отправляемый вами сигнал ШИМ больше не представляет целевой угол, а представляет желаемую скорость и направление вращения. Ширина импульса 1,5 мс означает остановку, если она меньше, то будет поворачиваться в одну сторону, если больше, то будет поворачиваться в противоположную сторону. Если вам нужны ведущие колеса, выбирайте правильное, не перепутайте.

Как выбрать подходящий рулевой механизм в соответствии со сценарием применения

После понимания принципа следующим шагом будет выбор рулевого механизма. Вы не можете ожидать, что 9-граммовый микросервопривод толкнет большую руку роботизированной руки, он обязательно будет дымить. Ключевым моментом является рассмотрение трех основных параметров: крутящего момента, скорости и диапазона углов.

️Крутящий момент: Обычно выражается в кг·см и означает, сколько килограммов веса может вытянуть моментный рычаг, если его длина составляет 1 см. Чем тяжелее что-то вы тащите, тем больший крутящий момент вам понадобится.

️Скорость: означает, сколько секунд потребуется сервоприводу, чтобы повернуть на 60 градусов, например 0,12 секунды/60 градусов. Чем выше скорость, тем быстрее она будет реагировать, но соответствующее энергопотребление и джиттер также могут быть больше.

️Уголдиапазон: Большинство из них имеют угол поворота 180 градусов, но есть также сервоприводы с поворотом на 360 градусов и специальными углами. Если ваш проект требует нескольких вращений, например, для подвеса, стандартные сервоприводы не будут работать. Вы должны использовать сервоприводы непрерывного вращения или многооборотные сервоприводы, упомянутые выше.

Почему недостаточное питание приводит к хаотичному вращению рулевого механизма?

Это самая распространенная и неприятная проблема при игре с сервомашинками. Вы пишете программу и с полным ожиданием включаете питание, но сервопривод трясется, как в судороге, становится слабым или поворачивает в странное положение. В девяти случаях из десяти проблема в блоке питания.

Текущее потребление, когда сервопривод запущен и заблокирован, очень велико. Мгновенный ток стандартного сервопривода может достигать 1-2 ампер. Если вы напрямую используете вывод 5 В для его питания, он мгновенно отключится, что приведет к падению напряжения и сбросу системы управления. Это как если напряжение в обществе нестабильное, компьютер перезагрузится. Решение простое: запитать сервопривод отдельно, а его провода питания и заземления соединить с проводом заземления схемы управления, чтобы «мозг» и «мышцы» получали свое питание.

После стольких разговоров, от интерпретации сигналов до внутренней структуры, выбора модели и источника питания, я полагаю, что вы уже имеете более четкое представление о сервоприводах. Я не знаю, какую интересную функцию вы больше всего хотите использовать с помощью сервопривода в своем реальном проекте? Добро пожаловать, оставьте сообщение в области комментариев, чтобы поделиться своим творчеством, давайте обсудим это вместе! Если вы считаете, что эта статья полезна для вас, не забудьте поставить лайк и поделиться ею со своими друзьями, которые тоже играют в электронику~