舵机的转速与工作电压之间有什么关系?

2020-09-16来源: eefocus关键字:舵机控制  智能车  驱动电路板  双轴机械臂  角度编码器

舵机的性能

舵机[1] 在自动控制场合被广泛应用。舵机的输出力矩、转动速度、命令更新频率等标准了舵机的工作性能。在全国大学生智能车竞赛中 ,大多数车模作品的方向控制都使用了舵机控制。在赛道上运行的车模速度,在 控制参数设置 合理的情况下,最高速度取决于舵机的响应速度。

 

 

通常,舵机的运行取决于 舵机特有的脉冲指令高电平时间宽度[2] ,而与脉冲指令的频率无关。所以控制舵机的脉冲波形与控制电机运行的 PWM 波形的作用是不同的。

 

舵机内部具有驱动电路板,保证输出角度与脉冲指令的宽度之间呈现比例关系。舵机输出转角速度则取决于舵机本身内部机械结构、电机的性能、工作电压等各种因素。

 

▲ 舵机指令与舵机转轴位置

 

由于舵机的转速与指令无关,所以从本质上讲, 舵机不是一个线性模型[3] 。当舵机转动角度越大,它的动态非线性就越明显。

 

01、舵机转动速度与工作电压

舵机的转动速度越快,在智能车竞赛中车模控制性能就会越好。正好手边测试了一个 角度编码器 ST-3806-15-RS[4] ,它有每周 15bit 的角度分辨率。这款角度编码器用于一款 双轴机械臂 的控制中。现在正好可以用它来测试舵机转动的角度、角速度。依次来分析舵机工作电压与执行速度之间的关系。

 

1. 测量方法

选择 S-D5 舵机,使用橡胶套管将舵机输出轴与角度编码器连接在一起。使用机械平台将它们固定、共轴。使用 角度编码器 ST-3806-15-RS[4] 测试电路模块来读取角度传感器的数值,控制多级的转动。

 

▲ 使用角度传感器测量舵机旋转速度

 

给定舵机脉冲指令,从 1000us 突变到 2000us。舵机顺时针旋转 60°。在这个过程中,采集角度的速率为 3ms,读取 200 个。得到的角度曲线如下:

 

取角度上升线性部分(距离最下,最上各 5%的余量),进行线性拟合。再计算拟合直线与最小角度、最大角度对应的时间交点。使用这个交点之间的时间差作为舵机的执行时间。执行时间的倒数可以反映舵机输出角速度。

 

▲ 测量旋转角度曲线对应执行时间

 

2. 测量数据

下面使用数控直流电源调节舵机工作电压,从 4.0V ~ 6V,分成 20 个工作电压点。在每个工作电压点,测量舵机的转动曲线,使用上面的方法,获得舵机的转动时间。

 

▲ 随着工作电压的增加,舵机转动角度的曲线的变化

 

下图给出了舵机转动时间与工作电压测量的数据曲线。工作电压越高,舵机执行时间就越短。

 

▲ 工作电压与转动时间之间的关系

 

将上述时间取倒数(1000/time(ms)),可以获得下面的舵机转动相对速度与工作电压之间的关系。大体可以看到舵机执行速度与工作电压成正比。

 

▲ 工作电压与舵机转动速度之间的关系

 

02 分析结论

通过前面的分析可以看出:

 

为了提高多级的执行速度,可以在舵机允许的工作电压范围内尽可能提高舵机的工作电压;为了避免高的工作电压对舵机内部的电路过压的影响,需要在舵机工作电源进行必要的限幅和稳压。在舵机工作过程中,如果频繁的转动,需要考虑到舵机散热;

 

▲ 舵机指令在 1000us 在 2000us 之间切换变化

 

此外,还可以通过在舵机输出轴,增加执行悬臂的长度,来通过机械放大提高舵机控制车模前轮转向的速度。

 

参考资料[1]

舵机内部结构: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/108363726

 

[2]舵机特有的脉冲指令高电平时间宽度: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/108419980

 

[3]舵机不是一个线性模型: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/105701378

 

[4]角度编码器 ST-3806-15-RS: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/108563292

关键字:舵机控制  智能车  驱动电路板  双轴机械臂  角度编码器 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qrs/ic510434.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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