資料介紹
在機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中,舵機(jī)控制效果是性能的重要影響因素。舵機(jī)可以在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu),其簡單的控制和輸出使得單片機(jī)系統(tǒng)非常容易與之接口。
舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動器,適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。其工作原理是:控制信號由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片,獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路,產(chǎn)生周期為20ms,寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號,將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較,獲得電壓差輸出。最后,電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時,通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn),使得電壓差為0,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。
舵機(jī)的控制信號是PWM信號,利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。一般舵機(jī)的控制要求如圖1所示。
單片機(jī)實現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)角控制
可以使用FPGA、模擬電路、單片機(jī)來產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號,但FPGA成本高且電路復(fù)雜。對于脈寬調(diào)制信號的脈寬變換,常用的一種方法是采用調(diào)制信號獲取有源濾波后的直流電壓,但是需要50Hz(周期是20ms)的信號,這對運(yùn)放器件的選擇有較高要求,從電路體積和功耗考慮也不易采用。5mV以上的控制電壓的變化就會引起舵機(jī)的抖動,對于機(jī)載的測控系統(tǒng)而言,電源和其他器件的信號噪聲都遠(yuǎn)大于5mV,所以濾波電路的精度難以達(dá)到舵機(jī)的控制精度要求。
也可以用單片機(jī)作為舵機(jī)的控制單元,使PWM信號的脈沖寬度實現(xiàn)微秒級的變化,從而提高舵機(jī)的轉(zhuǎn)角精度。單片機(jī)完成控制算法,再將計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為PWM信號輸出到舵機(jī),由于單片機(jī)系統(tǒng)是一個數(shù)字系統(tǒng),其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù),所以受外界干擾較小,整個系統(tǒng)工作可靠。
單片機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角的控制,必須首先完成兩個任務(wù):首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號,本設(shè)計是產(chǎn)生20ms的周期信號;其次是脈寬的調(diào)整,即單片機(jī)模擬PWM信號的輸出,并且調(diào)整占空比。
當(dāng)系統(tǒng)中只需要實現(xiàn)一個舵機(jī)的控制,采用的控制方式是改變單片機(jī)的一個定時器中斷的初值,將20ms分為兩次中斷執(zhí)行,一次短定時中斷和一次長定時中斷。這樣既節(jié)省了硬件電路,也減少了軟件開銷,控制系統(tǒng)工作效率和控制精度都很高。
單片機(jī)實現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)角控制
可以使用FPGA、模擬電路、單片機(jī)來產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號,但FPGA成本高且電路復(fù)雜。對于脈寬調(diào)制信號的脈寬變換,常用的一種方法是采用調(diào)制信號獲取有源濾波后的直流電壓,但是需要50Hz(周期是20ms)的信號,這對運(yùn)放器件的選擇有較高要求,從電路體積和功耗考慮也不易采用。5mV以上的控制電壓的變化就會引起舵機(jī)的抖動,對于機(jī)載的測控系統(tǒng)而言,電源和其他器件的信號噪聲都遠(yuǎn)大于5mV,所以濾波電路的精度難以達(dá)到舵機(jī)的控制精度要求。
也可以用單片機(jī)作為舵機(jī)的控制單元,使PWM信號的脈沖寬度實現(xiàn)微秒級的變化,從而提高舵機(jī)的轉(zhuǎn)角精度。單片機(jī)完成控制算法,再將計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為PWM信號輸出到舵機(jī),由于單片機(jī)系統(tǒng)是一個數(shù)字系統(tǒng),其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù),所以受外界干擾較小,整個系統(tǒng)工作可靠。
單片機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角的控制,必須首先完成兩個任務(wù):首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號,本設(shè)計是產(chǎn)生20ms的周期信號;其次是脈寬的調(diào)整,即單片機(jī)模擬PWM信號的輸出,并且調(diào)整占空比。
當(dāng)系統(tǒng)中只需要實現(xiàn)一個舵機(jī)的控制,采用的控制方式是改變單片機(jī)的一個定時器中斷的初值,將20ms分為兩次中斷執(zhí)行,一次短定時中斷和一次長定時中斷。這樣既節(jié)省了硬件電路,也減少了軟件開銷,控制系統(tǒng)工作效率和控制精度都很高。
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