基于51單片機(jī)的舵機(jī)控制原理

網(wǎng)絡(luò)上流行的對(duì)舵機(jī)的誤解文章太多太多！而且很怪異的是——的！下面這篇文章，我大致看過(guò)，是符合科學(xué)原理的，想學(xué)習(xí)知識(shí)的可以看看?！按a舵機(jī)比模擬舵機(jī)快”這個(gè)完全錯(cuò)誤的觀(guān)點(diǎn)，呵呵，那會(huì)被真正掌握知識(shí)的人暗地里面恥笑的數(shù)碼舵機(jī)常見(jiàn)問(wèn)題原理分析及解決：一、數(shù)碼舵機(jī)與模擬舵機(jī)的區(qū)別傳統(tǒng)模擬舵機(jī)和數(shù)字比例舵機(jī)（或稱(chēng)之為標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)）MCU微控制器，一般（電位器/反運(yùn)轉(zhuǎn)到指定位置。數(shù)字比例舵機(jī)是模擬舵機(jī)最好的類(lèi)型，由直流伺(IC)電機(jī)控制芯片直接接收PWM（20ms1~21ms為上限位置，1.5ms,2ms為下限位置）形式的控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，迅速驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行位置輸出,直至直流伺服電機(jī)控制芯片檢測(cè)到位置輸出連動(dòng)電位器送來(lái)的反饋電壓與PWM控制,停止電機(jī)，完成位置輸出。數(shù)碼舵機(jī)電子電路中帶MCU機(jī)器人、航模中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)碼舵機(jī)設(shè)計(jì)方案一般有兩種：一種是MCU+直流伺服電機(jī)+直流伺服電機(jī)控制器集成電路(IC)+減速齒輪組+反饋電位器的方案，以下稱(chēng)為方案1，另一種是MCU+直流伺服電機(jī)+減速齒輪組+反饋電位器的方案，以下稱(chēng)為方案2。市面上加裝數(shù)碼驅(qū)動(dòng)板把模擬舵機(jī)改數(shù)碼舵機(jī)屬方案1。二、舵機(jī)電機(jī)調(diào)速原理及如何加快電機(jī)速度常見(jiàn)舵機(jī)電機(jī)一般都為永磁直流電動(dòng)機(jī)，如直流有刷空心杯電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)有線(xiàn)形的轉(zhuǎn)速-電流特性，可控性好，驅(qū)動(dòng)和控制電路簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)控制有電流控制模式和H橋電路的雙極性驅(qū)動(dòng)方式，運(yùn)用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)調(diào)節(jié)供給直流電動(dòng)機(jī)的電壓大小和極性，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度和旋轉(zhuǎn)方向（反轉(zhuǎn)）PWM（占空比為脈寬/周期的百分比）的大小，加大占空比，電機(jī)加速，減少占空比電機(jī)減速。所以要加快電機(jī)速度：1、加大電機(jī)工作電壓；2、降低電機(jī)主回路阻值，加大電流；二者在舵機(jī)設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)，均涉及在滿(mǎn)足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求情況下重新選擇舵機(jī)電機(jī)。三、數(shù)碼舵機(jī)的反應(yīng)速度為何比模擬舵機(jī)快PWM300Hz50Hz666倍。這里請(qǐng)大家注意占空比的概念，脈寬為每周期有效電平時(shí)間，占空比為脈寬/周期的百分比，所以大小與頻率PWM的頻率無(wú)關(guān)。50Hz頻率（周期20ms）~300Hz左右PWM外部控制信號(hào)，太高的頻率就無(wú)法正常工作了。若PWM50Hz，則直流伺服電機(jī)控制器芯片獲得位置信息的分辨時(shí)間就是20ms，比較PWM的電壓與反饋電位器電壓得出差值,該差值經(jīng)脈寬擴(kuò)展(占空比改變,改變大小正比于差值)后PWM20ms位置做新的調(diào)整。MCU50Hz頻率（20ms）PWM就可在更短的時(shí)間分辨出PWMPWM電壓與反饋電位器電壓的差值，去驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，做舵機(jī)搖臂位置最新調(diào)整。PWM四、數(shù)碼舵機(jī)的無(wú)反應(yīng)區(qū)范圍為何比模擬舵機(jī)小根據(jù)上述對(duì)模擬舵機(jī)的分析可知模擬舵機(jī)約20msPWMPWM//減速更柔和，更平滑，更有/五、模擬舵機(jī)加裝數(shù)碼舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板并未提升反應(yīng)速度外部控制信號(hào)（如陀螺儀送來(lái)的尾舵機(jī)信號(hào)）的頻率必須加快，如果還是50Hz沒(méi)提升了。六、如何選擇舵機(jī)電機(jī)舵機(jī)電機(jī)按直流伺服電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)選用，根據(jù)電機(jī)種類(lèi)、負(fù)載力矩、轉(zhuǎn)速、工作電壓等要求。舵機(jī)一般都用空心杯電動(dòng)機(jī)，有用有刷的，也有用無(wú)刷無(wú)感的。叫空心杯型轉(zhuǎn)子。具有以下優(yōu)勢(shì)：1)：其效率一般在70%到90以上（普通鐵芯電機(jī)在15-50；2、激活、制動(dòng)迅速，響應(yīng)極快：機(jī)械時(shí)間常數(shù)小于28毫秒，部分產(chǎn)品可以達(dá)到10毫秒以?xún)?nèi)，在推薦運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)靈敏；3、可靠的運(yùn)行穩(wěn)定性：自適應(yīng)能力強(qiáng)，自身轉(zhuǎn)速波動(dòng)能控制在2%以?xún)?nèi)；4、電磁干擾少：采用高品質(zhì)的電刷、換向器結(jié)構(gòu)，換向火花小，可以免去附加的抗干擾裝置；5、能量密度大：與同等功率的鐵芯電機(jī)相比，其重量、體積減輕1/3-1/2；轉(zhuǎn)速-電壓、轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩-電流等對(duì)應(yīng)參數(shù)都呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)性關(guān)系。七、如何選擇舵機(jī)反饋電位器優(yōu)于其他如線(xiàn)繞電位器類(lèi)型。八、舵機(jī)控制死區(qū)、滯環(huán)、定位精度、輸入信號(hào)分辨率、回中性能的認(rèn)識(shí)±0.4%于模擬舵機(jī)。回中性能取決于滯環(huán)和定位精度。九、舵機(jī)為何會(huì)老發(fā)出吱吱的響聲步，步范圍就已超出控制死區(qū)范圍，那舵機(jī)必將調(diào)整不停，吱吱不停。十、為何有的舵機(jī)炸