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電源線和地線用於提供舵機內部的直流電機和控制線路所需的能源.電壓通常介於4~6V,一般取5V。
注意,給舵機供電電源應能提供足夠的功率。
控制線的輸入是一個寬度可調的週期性方波脈衝信號,方波脈衝信號的週期為20ms(即頻率為50Hz)。
當方波的脈衝寬度改變時,舵機轉軸的角度發生改變,角度變化與脈衝寬度的變化成正比。
某型舵機的輸出軸轉角與輸入信號的脈衝寬度之間的關係可用圍3來表示。
二、數碼舵機VS模擬舵機
數碼舵機比傳統的模擬舵機,在工作方式上有一些優點,但是這些優點也同時帶來了一些缺點。
傳統的舵機在空載的時候,沒有動力被傳到舵機馬達。
當有信號輸入使舵機移動,或者舵機的搖臂受到外力的時候,舵機會作出反應,向舵機馬達輸出驅動電壓。
由第一節的電路分析我們知道馬達是否獲得驅動電壓,取決於BA6688的第3腳是否輸出一個電壓信號給BAL6686馬達驅動IC。
數碼舵機最大的差別是在於它處理接收機的輸入信號的方式。
相對與傳統的50脈衝/秒的PWM信號解調方式,數碼舵機使用信號預處理方式,將頻率提高到300脈衝/秒。
因為頻率高的關係,意味著舵機動作會更精確,「無反應區」變小。
以下的三個圖表各顯示了兩個週期的開/關脈衝。
圖1是空載的情況;
圖2是脈衝寬度較窄,比較小的動力信號被輸入馬達;
圖3是更寬,持續時間更長的脈衝,更多的輸入動力。
您可以想像,一個短促的脈衝,緊接著很長的停頓,這意味著舵機控制精度是不夠高的,這也是為什麼模擬舵機有「無反應區」的存在。
比如說,舵機對於發射機的細小動作,反應遲鈍或者根本就沒有反應。
而數碼舵機提升了脈衝密度,輕微的信號改變都會變的可以讀取,這樣無論是遙控桿的輕微變動,或者舵機搖臂在外力作用下的極輕微變動,都會能夠檢測出來,從而進行更細微的修正。
三、數碼舵機的缺點:
以上我們已經知道數碼舵機會更精確這個優點,那麼我們來看數碼舵機的缺點
1、數碼舵機需要消耗更多的動力。
其實這是很自然的。
數碼舵機以更高頻率去修正馬達,這一定會增加總體的動力消耗。
2、相對教短的壽命。
馬達總在轉來轉去做修正,這一定會增加馬達等轉動部位的消耗。
五、實際應用選擇
我們已經知道模擬舵機對於極輕微的外力干擾導致舵機盤移位的敏感度,和舵機執行命令的精確度,是不如數碼舵機的了,那麼我們是不是應該儘量使用數碼舵機呢?
我個人而言不是這麼認為。
首先舵機的素質,其實不單純是電路決定的,還有舵機的齒輪精度,還有非常非常關鍵的舵機電位器的精度。
一顆質量上乘的模擬舵機,往往比電路雖然是數碼但是零件卻是普通貨色的數碼舵機更準確,更不會抖舵。
其次,要知道我們在模型車上應用的時候,很多時候太高的精度並不是好事!
比如你玩1/8的車,特別是大腳車和越野車,那麼爛的路面導致車時而滑動適合騰空,動不動就是零點幾秒、N公分的偏差,舵機的微秒級別敏感、微米級別精度對整個事件能起怎麼改善?
?
那叫神經質的舵機反應。
其實應用在1/8車輛上,一顆0.1秒反應的模擬舵機是更合適的搭配。
它會更省電,更順滑,不會那麼神經質。
而且最重要的它不會在一台轉向虛位有幾毫米的1/8越野車上,去不停地吱吱叫著去找那0.1毫米的居中(其實你即使把舵機連桿給它拆掉,讓舵機空轉,它也往往找不到那0.1毫米的居中,只是自己不停地吱吱叫著折騰自己而已,哈哈)
實際的應用上,我建議是1/10的競賽級別房車,暴力型的飛機,可以選用數碼舵機。
所謂神經質配神經質,呵呵。
整理補充
網絡上流行的對舵機的誤解文章太多太多!
而且很怪異的是很多主流的意識是錯誤的!
!
下面這篇文章,我大致看過,是符合科學原理的,想學習知識的可以看看。
注意吸收知識,要由根本上去分析,而不是以訛傳訛!
否則你必定就像很多人一樣去堅守「數碼舵機比模擬舵機快」這個完全錯誤的觀點,呵呵,那會被真正掌握知識的人暗地裡面恥笑的。
數碼舵機常見問題原理分析及解決:
一、數碼舵機與模擬舵機的區別
傳統模擬舵機和數字比例舵機(或稱之為標準舵機)的電子電路中無MCU微控制器,一般都稱之為模擬舵機。
老式模擬舵機由功率運算放大器等接成惠斯登電橋,根據接收到模擬電壓控制指令和機械連動位置傳感器(電位器)反饋電壓之間比較產生的差分電壓,驅動有刷直流電機伺服電機正/反運轉到指定位置。
數字比例舵機是模擬舵機最好的類型,由直流伺服電機控制器集成電路(IC)、直流伺服電機(馬達),減速齒輪組和反饋電位器組成,它由直流伺服電機控制芯片直接接收PWM(脈衝方波,一般週期為20ms,脈寬1~2ms,脈寬1ms為上限位置,1.5ms(1520us)為中位,2ms為下限位置)形式的控制驅動信號,迅速驅動電機執行位置輸出,直至直流伺服電機控制芯片檢測到位置輸出連動電位器送來的反饋電壓與PWM控制驅動信號的平均有效電壓相等,停止電機,完成位置輸出。
數碼舵機電子電路中帶MCU微控制器故俗稱為數碼舵機,數碼舵機憑藉比之模擬舵機具有反應速度更快,無反應區範圍小,定位精度高,抗干擾能力強等優勢已逐漸取代模擬舵機在機器人、航模中得到廣泛應用。
數碼舵機設計方案一般有兩種:
一種是MCU+直流伺服電機控制器集成電路(IC)+直流伺服電機(馬達)+減速齒輪組+反饋電位器的方案,以下稱為方案1,另一種是MCU+直流伺服電機+減速齒輪組+反饋電位器的方案,以下稱為方案2。
市面上加裝數碼驅動板把模擬舵機改數碼舵機屬方案1。
二、舵機電機調速原理及如何加快電機速度
常見舵機電機一般都為永磁直流電動機,如直流有刷空心杯電機。
直流電動機有線形的轉速-轉矩特性和轉矩-電流特性,可控性好,驅動和控制電路簡單,驅動控制有電流控制模式和電壓控制兩種模式。
舵機電機控制實行的是電壓控制模式,即轉速與所施加電壓成正比,驅動是由四個功率開關組成H橋電路的雙極性驅動方式,運用脈衝寬度調製(PWM)技術調節供給直流電動機的電壓大小和極性,實現對電動機的速度和旋轉方向(正/反轉)的控制。
電機的速度取決於施加到在電機平均電壓大小,即取決於PWM驅動波形佔空比(佔空比為脈寬/週期的百分比)的大小,加大佔空比,電機加速,減少佔空比電機減速。
所以要加快電機速度:
1、加大電機工作電壓;
2、降低電機主回路阻值,加大電流;
二者在舵機設計中要實現,均涉及在滿足負載轉矩要求情況下重新選擇舵機電機。
三、數碼舵機的反應速度為何比模擬舵機快
很多模友錯誤以為:
「數碼舵機的PWM驅動頻率300Hz比模擬舵機的50Hz高6倍,則舵機電機轉速快6倍,所以數碼舵機的反應速度就比模擬舵機快6倍」。
這裡請大家注意佔空比的概念,脈寬為每週期有效電平時間,佔空比為脈寬/週期的百分比,所以大小與頻率無關。
佔空比決定施加在電機上的電壓,在負載轉矩不變時,就決定電機轉速,與PWM的頻率無關。
模擬舵機是直流伺服電機控制器芯片一般只能接收50Hz頻率(週期20ms)~300Hz左右的PWM外部控制信號,太高的頻率就無法正常工作了。
若PWM外部控制信號為50Hz,則直流伺服電機控制器芯片獲得位置信息的分辨時間就是20ms,比較PWM控制信號正比的電壓與反饋電位器電壓得出差值,該差值經脈寬擴展(佔空比改變,改變大小正比於差值)後驅動電機動作,也就是說由於受PWM外部控制信號頻率限制,最快20ms才能對舵機搖臂位置做新的調整。
數碼舵機通過MCU可以接收比50Hz頻率(週期20ms)快得多的PWM外部控制信號,就可在更短的時間分辨出PWM外部控制信號的位置信息,計算出PWM信號佔空比正比的電壓與反饋電位器電壓的差值,去驅動電機動作,做舵機搖臂位置最新調整。
結論:
不管是模擬還是數碼舵機,在負載轉矩不變時,電機轉速取決於驅動信號佔空比大小而與頻率無關。
數碼舵機可接收更高頻率的PWM外部控制信號,可在更短的週期時間後獲得位置信息,對舵機搖臂位置做最新調整。
所以說數碼舵機的反應速度比模擬舵機快,而不是驅動電機轉速比模擬舵機快。
四、數碼舵機的無反應區範圍為何比模擬舵機小
根據上述對模擬舵機的分析可知模擬舵機約20ms才能做一次新調整。
而數碼舵機以更高頻率的PWM驅動電機。
PWM頻率的加快使電機的啟動/停止,加/減速更柔和,更平滑,更有效的為電機提供啟動所需的轉矩。
就像是汽車獲得了更小的油門控制區間,則啟動/停止,加/減速性能更好。
所以數碼舵機的無反應區比模擬舵機小。
五、模擬舵機加裝數碼舵機驅動板並未提升反應速度
根據以上分析可知,模擬舵機加裝數碼舵機驅動板,要提升反應速度,PMW外部控制信號(如陀螺儀送來的尾舵機信號)的頻率必須加快,如果還是50Hz,那舵機反應速度當然就沒提升了。
六、如何選擇舵機電機
舵機電機按直流伺服電機的標準選用,根據電機種類、負載力矩、轉速、工作電壓等要求。
舵機一般都用空心杯電動機,有用有刷的,也有用無刷無感的。
空心杯電動機屬於直流永磁、伺服微特電機,與普通電機的主要區別採用是無鐵芯轉子,也叫空心杯型轉子。
具有以下優勢:
1、最大的能量轉換效率(衡量其節能特性的指標):
其效率一般在70%以上,部分產品可達到90%以上(普通鐵芯電機在15-50%);
2、激活、制動迅速,響應極快:
機械時間常數小於28毫秒,部分產品可以達到10毫秒以內,在推薦運行區域內的高速運轉狀態下,轉速調節靈敏;
3、可靠的運行穩定性:
自適應能力強,自身轉速波動能控制在2%以內;
4、電磁干擾少:
採用高品質的電刷、換向器結構,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相比,其重量、體積減輕1/3-1/2;
轉速-電壓、轉速-轉矩、轉矩-電流等對應參數都呈現標準的線性關係。
七、如何選擇舵機反饋電位器
舵機反饋電位器按種類、精度,耐用性的標準選用,導電塑料電位器的精度和耐磨程度大大優於其他如線繞電位器類型。
八、舵機控制死區、滯環、定位精度、輸入信號分辨率、回中性能的認識
每一個閉環控制系統由於信號的振盪等原因,輸入信號和反饋信號不可能完全相等,這就涉及到控制死區和滯環的問題,系統無法辨別輸入信號和反饋信號的差異範圍就是控制死區範圍。
舵機自動控制系統由於信號震盪、機械精度等原因造成控制系統在控制死區範圍外的小範圍老是做調整,為使舵機在小範圍內不對震盪做調整,這就需要引入滯環的作用了。
滯環比控制死區大,一般控制死區範圍為±
0.4%,滯環可設置為±
2%,輸入信號和反饋信號的差值在滯環內電機不動作,輸入信號和反饋信號的差值進入滯環,電機開始制動-停止。
定位精度取決於舵機系統的整體精度:
如控制死區、機械精度、反饋電位器精度、輸入信號分辨率。
輸入信號分辨率指舵機系統對輸入信號最小分辨範圍,數碼舵機輸入信號分辨率大大優於模擬舵機。
回中性能取決於滯環和定位精度。
九、舵機為何會老發出吱吱的響聲
舵機老發出吱吱的來回定位調整響聲,是由於有的舵機無滯環調節功能,控制死區範圍調得小,只要輸入信號和反饋信號老是波動,它們的差值超出控制死區,舵機就發出信號驅動電機。
另沒有滯環調節功能,如果舵機齒輪組機械精度差,齒虛位大,帶動反饋電位器的旋轉步,步範圍就已超出控制死區範圍,那舵機必將調整不停,吱吱不停。
十、為何有的舵機炸機易燒電路板
有的舵機選用的功率器件電流大同時系統中設計有或芯片自帶有過流保護功能,能檢測出堵轉過流及短路狀態迅速停止電機驅動信號。
還有可在電機回路接壓敏電阻防止瞬間過壓及在功率器件前端設計有吸收電容。
此類舵機炸機堵轉不容易燒電路板和電機。
與舵機是金屬齒還是塑料齒並無絕對關係。
十一、舵機為何抖舵
控制死區敏感,輸入信號和反饋信號因各種原因波動,差值超出範圍,舵臂動,所以抖舵。
舵機的構造和原理
2008-06-2008:
50:
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舵機是遙控模型控制動作的動力來源,不同類型的遙控模型所需的舵機種類也隨之不同。
如何審慎地選擇經濟且合乎需求的舵機,也是一門不可輕忽的學問。
本文章主要探討適合各等級直升機各工作部位所使用的舵機,至於其它種類的模
型,如飛機、車、船,則不在本篇文章討論範圍之內。
舵機的構造
舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構成。
其工作原理是由接收機發出訊號給舵機,經由電路板上的IC判斷轉動方向,再驅動無核心馬達開始轉動,透過減速齒輪將動力傳至擺臂,同時由位置檢測器送回訊號,
判斷是否已到達定位。
位置檢測器其實就是可變電阻,當舵機轉動時電阻值也會跟著改變,測量電阻值便可知轉動的角度。
一般的伺服馬達是將細銅線纏繞在三極轉子上,當電流流過線圈時便會產生磁場,與轉子外圍的磁鐵產生排斥作用,進而產生轉動的作用力。
依據物理學原理,物體的轉動慣量與質量成正比,因此要轉動質量愈大的物體,所需的作用力也愈大。
舵機為求轉速快、耗電小,於是將細銅線纏繞成極薄的中空圓柱體,形成一個重量極輕的五極中空轉子,並將磁
鐵置於圓柱體內,這就是無核心馬達。
為了適合不同的工作環境,有防水及防塵設計的舵機。
並且因應不同的負載需求,舵機的齒輪有塑膠及金屬的區分。
較高級的舵機會裝置滾珠軸承,使得轉動
時能更輕快精準。
滾珠軸承有一顆及二顆的區別,當然是二顆的比較好。
目前新推出FET舵機,主要是採用FET(FieldEffectTransistor)場效電晶體。
FET具有內阻低的優點,因此電流損耗比一般電晶體少。
技術規格
廠商所提供的舵機規格資料,都會包含外形尺寸(cm)、扭力(kg/cm)、速度(秒/60。
)、測試電壓(V)及重量(g)等基本資料。
扭力的單位是kg-cm,意思是在擺臂長度1公分處,能吊起幾公斤重的物體。
這就是力臂的觀念,因此擺臂長度愈長,則扭力愈小。
速度的單位是sec/60。
,意思是舵機轉動60。
所需要的時間。
電壓會直接影響舵機的性能,例如FutabaS-9001在4.8V時扭力為3.9kg、速度為0.22秒,在6.0V時扭力為5.2kg、速度為0.18秒。
若無特別註明,JR的舵機
都是以4.8V為測試電壓,Futaba則是以6.0V作為測試電壓。
所謂天下沒有白吃的午餐,速度快、扭力大的舵機,除了價格貴,還會伴隨著高耗電的特點。
因此使用高級的舵機時,務必搭配高品質、高容量的鎳鎘電池,能提供穩定且充裕的電流,才可發揮舵機應有的性能。
選擇舵機
標準的直升機需搭配5顆舵機,分別控制油門、副翼、升降舵、螺距及尾舵。
油
門是所有動作中負載最輕的部位,且負載不會受到外在因素的影響而改變,所以選擇油門舵機時,扭力不是問題(1kg就綽綽有餘),速度才是關鍵。
因為直升機的油門與螺距作混控,故油門與螺距舵機的速度最好要一致,才不會發生螺距舵機已到達定位,油門舵機卻姍姍來遲的情況。
尤其作劇烈的3D飛行時,油門與螺距的變化量極大,若油門與螺距舵機的速度不協調,會發生馬力延遲的狀況。
油門舵機的速度並不是愈快愈好,因為還要考慮引擎的反應時間。
引擎必須經過吸氣、壓縮、爆炸、排氣這一連串的步驟,尤其直升機用的引擎並不屬於高轉速型,因此舵機的速度如果太快,就會產生引擎運轉速度跟不上舵機的動作,進而出現油氣混合比不適當的狀況。
建議採用速度為0.19~0.24秒的舵機。
副翼及升降舵
30級及46級的直升機選擇扭力3kg以上的舵機,60級的直升機則選擇扭力5kg以上的舵機。
副翼及升降舵的反應速度,主要是由主旋翼轉速及平衡翼片的重量所控制,與舵機的速度快慢,較無明顯且直接的關聯,所以不需使用太快的舵機。
建議採用速度為0.20~0.26秒的舵機。
螺距
直升機的主旋翼螺距是出了名的重負載,因此螺距舵機的扭力一定要夠,最好能選擇扭力5kg以上的舵機。
尾舵
尾舵舵機的扭力不需太大,3kg就已經足夠了。
請依據您所使用的陀螺儀等級來搭配尾舵舵機。
機械式陀螺儀因為反應速度較慢,因此無需使用高速舵機。
壓電式陀螺儀需搭配高速舵機,才能發揮陀螺儀的性能。
高級的陀螺儀都會指明建議使用的舵機,例如JR5000T陀螺儀建議搭配NES-8700G舵機,FutabaGY-501陀螺儀建議搭配S-9205舵機。
若您使用的壓電式陀螺儀並無特別指明舵機的類型,建議您購買速度愈快的舵機愈好。
如何以最經濟的方式購買合用的舵機,請參考下列步驟:
1.
先決定螺距舵機,選擇扭力5kg以上的舵機,再依據預算的多寡決定舵機的速度。
2.
依照螺距舵機的速度,選擇同速度但扭力小的舵機,作為油門舵機。
3.
依據直升機的級數大小,選擇扭力為3kg或5kg以上,速度為0.20~0.26秒的舵機,作為副翼及升降舵舵機。
4.
依據陀螺儀的等級來決定尾舵舵機的速度,愈高級的陀螺儀才需使用高級的舵機。
若您使用CCPM的直升機,因為是由副翼、升降舵及螺距舵機采混控的方式共同來推動十字盤,所以這三個動作要選擇同型號的舵機。
CCPM的優點是連桿數少、傳動直接、虛位小,並且可減輕舵機的負荷,延長舵機的使用壽命。
愛惜您的舵機。
一般說來舵機並不需要特別的保養,只要注意下列重點,就可使您的舵機長命百歲。
直升機的機械可動部份,不可小於舵機的行程活動範圍。
不要隨意改變電源電壓,例如接收機用4.8V,請勿為了提升舵機的性能而改用6.0V。