模型电子设备-舵机(一)

一、舵机的原理
以日本FUTABA-S3003型舵机为例
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图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
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标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。
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3003 舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。

舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。

有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。

原理是这样的:
收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。
因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。超过EMF判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)

一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵。

电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用图 3来表示。

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二、数码舵机 VS 模拟舵机

数码舵机比传统的模拟舵机,在工作方式上有一些优点,但是这些优点也同时带来了一些缺点。

传统的舵机在空载的时候,没有动力被传到舵机马达。当有信号输入使舵机移动,或者舵机的摇臂受到外力的时候,舵机会作出反应,向舵机马达输出驱动电压。由第一节的电路分析我们知道——马达是否获得驱动电压,取决于BA6688的第3脚是否输出一个电压信号给BAL6686马达驱动IC。

数码舵机最大的差别是在于它处理接收机的输入信号的方式。相对与传统的50脉冲/秒的PWM信号解调方式,数码舵机使用信号预处理方式,将频率提高到300脉冲/秒。因为频率高的关系,意味着舵机动作会更精确,“无反应区”变小。

以下的三个图表各显示了两个周期的开/关脉冲。
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图1是空载的情况;图2是脉冲宽度较窄,比较小的动力信号被输入马达;图3是更宽,持续时间更长的脉冲,更多的输入动力。

您可以想象,一个短促的脉冲,紧接着很长的停顿,这意味着舵机控制精度是不够高的,这也是为什么模拟舵机有“无反应区”的存在。比如说,舵机对于发射机的细小动作,反应迟钝或者根本就没有反应。

而数码舵机提升了脉冲密度,轻微的信号改变都会变的可以读取,这样无论是遥控杆的轻微变动,或者舵机摇臂在外力作用下的极轻微变动,都会能够检测出来,从而进行更细微的修正。

三、数码舵机的缺点:

以上我们已经知道数码舵机会更精确这个优点,那么我们来看数码舵机的缺点

1、数码舵机需要消耗更多的动力。其实这是很自然的。数码舵机以更高频率去修正马达,这一定会增加总体的动力消耗。

2、相对教短的寿命。其实这是很自然的。马达总在转来转去做修正,这一定会增加马达等转动部位的消耗。

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