Что такое серводвигатель?

Серводвигателя представляет собой тип двигателя, который может вращаться с большой точностью. Обычно этот тип двигателя состоит из схемы управления, которая обеспечивает обратную связь по текущему положению вала двигателя, эта обратная связь позволяет серводвигателям вращаться с большой точностью. Если вы хотите повернуть объект на определенные углы или на определенное расстояние, вы используете серводвигатель. Он просто состоит из простого двигателя, который работает через сервомеханизм. Если двигатель питается от источника постоянного тока, он называется серводвигателем постоянного тока, а если это двигатель переменного тока, то он называется серводвигателем переменного тока. В этом уроке мы будем обсуждать только работу серводвигателя постоянного тока.. Помимо этих основных классификаций, существует множество других типов серводвигателей, основанных на типе редуктора и рабочих характеристиках. Серводвигатель обычно поставляется с редуктором, который позволяет нам получить серводвигатель с очень высоким крутящим моментом в небольших и легких корпусах. Благодаря этим характеристикам они используются во многих приложениях, таких как игрушечные автомобили, вертолеты и самолеты с дистанционным управлением, робототехника и т. Д.

Серводвигатели рассчитаны на кг / см (килограмм на сантиметр), большинство серводвигателей для хобби рассчитаны на 3 кг / см, 6 кг / см или 12 кг / см. Этот кг / см показывает, какой вес ваш серводвигатель может поднять на определенное расстояние. Например: Серводвигатель 6 кг / см должен быть в состоянии поднять 6 кг, если груз подвешен на расстоянии 1 см от вала двигателя. Чем больше расстояние, тем меньше грузоподъемность. Положение серводвигателя определяется электрическим импульсом, а его электрическая схема размещается рядом с двигателем.

Рабочий механизм серводвигателя

Он состоит из трех частей:

Контролируемое устройство
Выходной датчик
Система обратной связи

Это замкнутая система, в которой используется система положительной обратной связи для управления движением и конечным положением вала. При этом устройство управляется посредством сигнала обратной связи, генерируемого посредством сравнения выходного сигнала и опорного входного сигнала.

Здесь опорный входной сигнал сравнивается с опорным выходным сигналом, а третий сигнал вырабатывается системой обратной связи. И этот третий сигнал действует как входной сигнал для управления устройством. Этот сигнал присутствует, пока генерируется сигнал обратной связи или существует разница между опорным входным сигналом и опорным выходным сигналом. Таким образом, основная задача сервомеханизма - поддерживать выход системы на желаемом уровне при наличии шумов.

Принцип работы серводвигателя

Сервопривод состоит из двигателя (постоянного или переменного тока), потенциометра, редуктора и цепи управления. Прежде всего, мы используем редуктор в сборе для уменьшения оборотов и увеличения крутящего момента двигателя. Скажем, в исходном положении вала серводвигателя положение ручки потенциометра таково, что на выходном порте потенциометра не генерируется электрический сигнал. Теперь электрический сигнал подается на другой вход усилителя детектора ошибок. Теперь разница между этими двумя сигналами, один исходит от потенциометра, а другой исходит от других источников, будет обработана в механизме обратной связи, и на выходе будет предоставлен сигнал ошибки. Этот сигнал ошибки действует как вход для двигателя, и двигатель начинает вращаться.Теперь вал двигателя соединен с потенциометром, и, когда двигатель вращается, потенциометр и он будут генерировать сигнал. Таким образом, при изменении углового положения потенциометра изменяется его выходной сигнал обратной связи. Через некоторое время положение потенциометра достигнет положения, при котором выходной сигнал потенциометра будет таким же, как и внешний сигнал. В этом состоянии выходной сигнал от усилителя на вход двигателя не поступает, поскольку нет разницы между приложенным внешним сигналом и сигналом, генерируемым на потенциометре, и в этой ситуации двигатель перестает вращаться.не будет выходного сигнала от усилителя на вход двигателя, так как нет разницы между внешним приложенным сигналом и сигналом, генерируемым на потенциометре, и в этой ситуации двигатель перестает вращаться.не будет выходного сигнала от усилителя на вход двигателя, так как нет разницы между внешним приложенным сигналом и сигналом, генерируемым на потенциометре, и в этой ситуации двигатель перестает вращаться.

Взаимодействие серводвигателей с микроконтроллерами:

Подключить хобби серводвигатели, такие как серводвигатель s90, к MCU очень просто. Из сервоприводов выходят три провода. Два из них будут использоваться для питания (положительный и отрицательный), а один будет использоваться для сигнала, который должен быть отправлен от MCU. MG995 Metal Gear Servo Motor , который наиболее часто используется для автомобилей RC гуманоида боты и т.д. Изображение MG995 показано ниже:

Цветовая кодировка вашего серводвигателя может отличаться, поэтому проверьте соответствующий лист данных.

Все серводвигатели работают напрямую с вашими шинами питания + 5В, но мы должны быть осторожны с величиной тока, потребляемого двигателем, если вы планируете использовать более двух серводвигателей, необходимо спроектировать надлежащий сервозащитный экран.

Управление серводвигателем:

У всех моторов выходят три провода. Два из них будут использоваться для питания (положительный и отрицательный), а один будет использоваться для сигнала, который должен быть отправлен от MCU.

Серводвигатель управляется ШИМ (импульс с модуляцией), который обеспечивается проводами управления. Есть минимальный импульс, максимальный пульс и частота повторения. Серводвигатель может поворачиваться на 90 градусов в любом направлении из нейтрального положения. Серводвигатель ожидает увидеть импульс каждые 20 миллисекунд (мс), и длина импульса будет определять, насколько далеко двигатель вращается. Например, импульс 1,5 мс заставит двигатель повернуться в положение 90 °, например, если импульс короче 1,5 мс, вал перемещается на 0 °, а если он длиннее 1,5 мс, то сервопривод повернется на 180 °.

Серводвигатель работает по принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции), то есть его угол поворота контролируется длительностью импульса, подаваемого на его контрольный PIN-код. В основном серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока, который управляется переменным резистором (потенциометром) и некоторыми шестернями. Сила высокой скорости двигателя постоянного тока преобразуется в крутящий момент с помощью шестерен. Мы знаем, что РАБОТА = СИЛА X РАССТОЯНИЕ, в двигателе постоянного тока сила меньше, а расстояние (скорость) высокое, а в сервоприводе сила высокая, а расстояние меньше. Потенциометр подключен к выходному валу сервопривода, чтобы рассчитать угол и остановить двигатель постоянного тока на требуемом угле.

Серводвигатель можно поворачивать от 0 до 180 градусов, но он может поворачиваться до 210 градусов, в зависимости от производства. Этой степенью вращения можно управлять, подавая электрический импульс соответствующей ширины на его контрольный штифт. Сервопривод проверяет пульс каждые 20 миллисекунд. Импульс шириной 1 мс (1 миллисекунда) может повернуть сервопривод на 0 градусов, 1,5 мс может повернуть на 90 градусов (нейтральное положение), а импульс 2 мс может повернуть его на 180 градусов.

Чтобы узнать больше о принципе работы серводвигателя и его практическом использовании, ознакомьтесь с приведенными ниже приложениями, где управление серводвигателем объясняется на примерах:

Схема тестера серводвигателя
Интерфейс серводвигателя с микроконтроллером 8051
Управление серводвигателем с помощью Arduino
Сервоуправление с Arduino Due
Сервоуправление с гибким датчиком
Учебное пособие по сервомотору Raspberry Pi

Что такое серводвигатель?