¿Qué es el circuito servo de misiles? Cómo resolver los problemas de inquietud y mala precisión

hablando deEl circuito del mecanismo de dirección del misil.Puede parecer un término profesional de alto nivel, pero para decirlo sin rodeos, es el "volante" y el "conductor" del misil. Piénselo, un misil vuela por el cielo. Si quiere alcanzar el objetivo con precisión, depende de la desviación de la superficie del timón para cambiar la actitud de vuelo. El bucle del mecanismo de dirección es el sistema de control de bucle cerrado que recibe instrucciones, impulsa la superficie de dirección y luego retroalimenta la posición. Para aquellos de nosotros que queremos usarservoEn la innovación de productos real, el mayor dolor de cabeza a menudo no es la teoría, sino cómo convertir este conjunto de cosas de dibujos en objetos estables y confiables. Especialmente cuando su proyecto está atascado con una respuesta lenta, una precisión de control deficiente o laservoEstá temblando inexplicablemente, la sensación de impotencia es realmente frustrante.

¿Qué es exactamente un circuito de mecanismo de dirección?

Muchos amigos que son nuevos en esto tienden a confundir elservocuerpo y el circuito servo. Puedes pensar en un servo como un brazo humano, musculoso y capaz de realizar un trabajo. El circuito del volante es el sistema nervioso que conecta el cerebro y el brazo. Consta de un controlador, un controlador, un motor (el propio servo) y sensores (como potenciómetros o resolutores) para formar un bucle completo. El controlador emite una instrucción de "cuántos grados girar" y el sensor observa en tiempo real si se ha producido la rotación real. Si no gira seguirá ajustándose, y si lo hace mantendrá la rotación. Este proceso ocurre miles de veces por segundo, por lo que los servos se ven suaves como la seda.

Sólo cuando comprenda esta lógica de circuito cerrado podrá realmente comenzar. Muchas innovaciones de productos fracasan en las primeras etapas porque solo compraron un potente mecanismo de dirección pero no lo equiparon con un algoritmo de bucle inteligente. Esto es como vendarle los ojos a un hombre fuerte y pedirle que atrape mosquitos. El resultado se puede imaginar. Tienes que entender que cada enlace del bucle es indispensable, especialmente el enlace de retroalimentación del sensor, que determina si tu servo tiene "sensación" o no.

¿Por qué mi servo sigue temblando?

El problema de la vibración es definitivamente la principal causa de muerte en las aplicaciones de mecanismos de dirección. Felizmente configuraste el sistema. Tan pronto como enciendes, el servo comienza a vibrar a altas frecuencias y con pequeñas amplitudes, como si tuvieras la enfermedad de Parkinson. Esta situación puede volver loca a la gente en el laboratorio. La razón es que más del 90% de los casos se deben a que los parámetros de ganancia en el bucle no se han ajustado correctamente. Imagina que estás ajustando el grifo y quieres que el flujo de agua sea el adecuado. Si tu mano es demasiado fuerte, se sobrepasará. Si es demasiado pequeño, no será suficiente. Lo mismo ocurre con el mecanismo de dirección. Si la P (proporción) en sus parámetros PID es demasiado grande, se sobrecorregirá y oscilará hacia adelante y hacia atrás.

Cuando se encuentre con esta situación, no se apresure a sospechar que el hardware está roto. Comienza desde el nivel de software e intenta agregar el término diferencial D en el algoritmo PID. Es como un amortiguador y puede suprimir eficazmente las oscilaciones. O intente reducir la frecuencia de control del sistema para darle tiempo al servo para reaccionar. Al igual que cuando estás corriendo y corriendo y de repente te detienes repentinamente, definitivamente te tambalearás algunos pasos, solo dale un poco de amortiguación. Recuerde, el ajuste de parámetros es un trabajo paciente. Cámbialo poco a poco y observa la reacción del servo. Este es el único camino a seguir.

¿Cómo elegir un servo que satisfaga mis necesidades?

Hay varios tipos de servos en el mercado, incluidos servos rotativos y lineales, servos modelo de avión que cuestan decenas de dólares y productos de grado militar que cuestan decenas de miles de dólares. Muchos amigos que se dedican a la innovación de productos se sienten confundidos por el precio y la marca al principio. Después de comprarlo, descubren que el par no es suficiente o que la precisión es demasiado pobre. Elegir un servo es esencialmente elegir algunos parámetros básicos: par, velocidad, precisión y método de control. Primero debes calcular cuánta fuerza requiere la superficie o estructura del timón que deseas impulsar con carga máxima, y ​​luego dejar al menos un 30% de margen.

Nunca mire únicamente el par nominal. Los datos de algunos servos se miden bajo un voltaje ideal y su fuente de alimentación real puede verse reducida. Y el método de control, ¿debería utilizar una señal PWM simple o un bus CAN o un bus RS422 más complejo? Esto depende de la arquitectura de su sistema. PWM es simple y económico, pero es difícil coordinar múltiples servos; La comunicación por bus es cara, pero tiene una fuerte antiinterferencia y buena sincronización. Debe decidir en función de la complejidad y los escenarios de aplicación de su producto. Por ejemplo, si estás haciendo un juguete pequeño, PWM es suficiente; Si estás fabricando un dron o un barco no tripulado, la solución de autobús es más fiable.

Cómo ajustar los parámetros PID del bucle del mecanismo de dirección

Los parámetros PID son el núcleo del circuito del mecanismo de dirección. Mucha gente los considera misteriosos. De hecho, te enseñan el proceso de cometer errores y corregirlos. Hay muchas fórmulas que circulan en Internet, como ajustar P primero, luego I y finalmente D. En la operación real, primero se da un valor P pequeño, se deja que el servo se mueva y se ve si puede alcanzar rápidamente la posición designada. Si no puede alcanzarlo y está muy atrás, se trata de un error estático. Luego debe introducir el término I (integral) y dejar que el error se acumule lentamente hasta que el servo sea empujado a la posición objetivo.

Sin embargo, si agrega demasiados elementos en I, será demasiado. En este momento entra en juego el punto D. Predice la tendencia cambiante del error y frena con antelación. Este proceso es muy similar a dar marcha atrás a un garaje cuando se aprende a conducir. Si la dirección se establece antes o después, deberá corregirse en tiempo real en función de la posición de la parte trasera del coche. Al ajustar los parámetros, se recomienda utilizar el software de PC para dibujar la curva de respuesta. Mirar la curva y ajustarla es mucho más intuitivo que simplemente observar a simple vista. Después de intentarlo varias veces, podrás descubrir el temperamento del servo que tienes.

¿Cuál es la diferencia entre los servos digitales y los servos analógicos?

Para decirlo de manera simple y cruda, el servo analógico impulsa directamente el motor en función de la señal PWM recibida. La cantidad de señal que se le dé determinará la fuerza con la que se ejercita. El servo digital tiene un microprocesador adicional en su interior, que puede convertir los comandos lentos de entrada en pulsos de alta frecuencia para accionar el motor. De esta forma, la respuesta del servo digital es más rápida, la potencia es mayor al arrancar y el posicionamiento es más preciso. Al igual que un corredor, el servo analógico arranca después de escuchar el disparo de salida, mientras que el servo digital ya está listo para funcionar antes de que suene el disparo.

Pero las cosas buenas también tienen un precio. Debido a que los servos digitales siempre funcionan a altas frecuencias, generan más calor que los servos analógicos y tienen requisitos más altos en los circuitos de accionamiento, por lo que el precio es naturalmente más caro. Si su aplicación es un modelo de juguete simple que es sensible al consumo y costo de energía, un servo analógico es completamente suficiente. Pero si está fabricando un producto que requiere un control preciso, como una articulación de brazo robótico o una superficie de control de avión, no ahorre ese poco dinero y vaya directamente a un servo digital, lo que le ahorrará mucha energía de depuración más adelante.

¿Qué debo hacer si la interferencia electromagnética estropea el mecanismo de dirección?

La interferencia electromagnética es un enemigo invisible e intangible, especialmente junto a equipos de alta corriente como los servos. Tan pronto como arranca el motor, el campo electromagnético generado es como una pequeña emisión, que interferirá con las líneas de señal del sensor y las líneas de control cercanas. Es posible que haya encontrado que tan pronto como el servo se mueve, los datos de temperatura al lado se desplazan o el servo comienza a retorcerse aleatoriamente. En realidad, esto se debe a que la línea de señal considera la interferencia como un comando válido. Hay que solucionar este problema tanto desde la capa física como desde la capa eléctrica.

La capa física más simple es el aislamiento. Separe las líneas eléctricas y las líneas de señales, trate de no unirlas y evite que corran en paralelo si pueden cruzarse. Si las condiciones lo permiten, utilice un módulo de alimentación independiente para el servo para aislarlo de la fuente de alimentación del tablero de control principal. En la capa eléctrica, agregar un anillo magnético a la línea de señal o usar un par trenzado para la transmisión puede compensar efectivamente la interferencia de modo común. También existe un método simple, que consiste en conectar una pequeña resistencia de decenas de ohmios en serie a la línea PWM de la señal del servoaccionamiento, que puede absorber parte del pulso de pico y, en muchos casos, puede lograr resultados inmediatos.

Cómo probar el circuito servo para pasar la prueba.

El nuevo servocircuito está instalado. No puedes simplemente moverlo y pensar que todo está bien. Hay que diseñar un programa de exploración física integral, tal como una persona pasa por una prueba de esfuerzo. Primero, realice una prueba sin carga para ver si hay algún ruido anormal y si la rotación es suave. Luego está la prueba de carga, que simula la carga máxima en condiciones de trabajo reales, se ejecuta continuamente durante varias horas y monitorea la temperatura y los cambios actuales del servo. Lo más importante es realizar una prueba de respuesta al paso y, de repente, dar un comando de ángulo grande para ver cuánto se sobrepasa y cuántas veces oscila antes de estabilizarse.

También es necesario probar su suavidad a baja velocidad. Muchos servos no tienen problemas para girar a altas velocidades, pero comienzan a atascarse uno tras otro cuando avanzan a baja velocidad. Esto se denomina "fenómeno de rastreo", que es fatal para aplicaciones que requieren un ajuste fino. Todos estos datos de prueba se registran mejor para formar una curva. Esto no es sólo para probar el producto, sino también para proporcionar el soporte de datos más realista para su próxima iteración. Sólo después de que el servocircuito haya sido probado en todos los niveles podrá atreverse a utilizarlo en productos reales con confianza.

Después de hablar tanto, desde los principios hasta la selección, la depuración y las pruebas, lo principal es permitirle evitar desvíos. En teoría, es mejor aprender el circuito del mecanismo de dirección diez veces que hacerlo una vez. Si tiene un problema en una determinada aplicación de servo, también podría preguntarse: en su sistema actual, ¿el eslabón más débil es el controlador, el controlador o el sensor de retroalimentación? Bienvenido a hablar sobre su experiencia con problemas en el área de comentarios o publicar sus formas de onda de depuración y discutirlo juntos. Si el artículo te resulta útil, no olvides darle me gusta y compartirlo con tus amigos que también se dedican a la innovación.