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浅谈微型直流电机应用:舵机的控制原理

  在遥控飞机/汽车或机器人中,我们会用到一种驱动:舵机。它是一种带有输出轴的小装置,可以不断的变换角度,像微云台里面也会用到舵机。

  舵机的齿轮组的作用和微型减速电机一样,起到一个减速的作用,减速齿轮组由TFN20微型直流电机驱动,其输出转轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。控制电路根据电位器的反馈电压,与外部输入控制脉冲进行比较,产生纠正脉冲,控制并驱动直流电机正转或反转,使减速齿轮输出的位置与期望值相复合。从而达到精确控制转向角度的目的。

  舵机内部的控制电路,电位计(可变电阻器)和微型电机均被连接到电路板上,控制电路通过电位计可监控舵机的当前角度。

  如果轴的位置与控制信号相符,那么微电机就会关闭。如果控制电路发现这个角度不正确,它就会控制微转动,直到它达到指定的角度。舵机角度根据制造商的不同而有所不同。比如,一个180度的舵机,它可以在0度至180度之间运动。由于限位装置被安装在主输出装置上,超出这个范围机械结构就不能再转动了。

  舵机的输出功率与它所需要转动的距离成正比。如果输出轴需要转动很长的距离,微电机就会全速运转,如果它只需要短距离转动,马达就会以较慢的速度运行,这叫做速度比例控制。

  控制线用于传输角度控制信号。这个角度是由控制信号脉冲的持续时间决定的,这叫做脉冲编码调制(PCM)。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲,该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围,总间隔为2ms。脉冲的宽度将决定马达转动的距离。例如:1.5毫秒的脉冲,电机将转向90度的位置(通常称为中立位置,对于180舵机来说,就是90位置)。如果脉冲宽度小于1.5毫秒,那么电机轴向朝向0度方向。如果脉冲宽度大于1.5毫秒,轴向就朝向180度方向。以180度舵机为例,对应的控制关系是这样的:

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