舵机控制基本原理（易于理解）.pdf-资料库

xd1909-3906566-16359647544736230969.pdf-第1页.png

第1页 / 共15页

xd1909-3906566-16359647544736230969.pdf-第2页.png

第2页 / 共15页

xd1909-3906566-16359647544736230969.pdf-第3页.png

第3页 / 共15页

xd1909-3906566-16359647544736230969.pdf-第4页.png

第4页 / 共15页

xd1909-3906566-16359647544736230969.pdf-第5页.png

第5页 / 共15页

xd1909-3906566-16359647544736230969.pdf-第6页.png

第6页 / 共15页

xd1909-3906566-16359647544736230969.pdf-第7页.png

第7页 / 共15页

xd1909-3906566-16359647544736230969.pdf-第8页.png

第8页 / 共15页

目录目录目录目录一．舵机 PWM 信号介绍 ............................................................................................................... 1 1．PWM 信号的定义 .............................................................................................................. 1 2．PWM 信号控制精度制定 .................................................................................................. 2 二．单舵机拖动及调速算法 ........................................................................................................... 3 1．舵机为随动机构 ......................................................................................................... 3 （1）HG14-M 舵机的位置控制方法 ............................................................................. 3 （2）HG14-M 舵机的运动协议 ..................................................................................... 4 2．目标规划系统的特征 ......................................................................................................... 5 （1）舵机的追随特性 ..................................................................................................... 5 （2）舵机 ω 值测定 ........................................................................................................ 6 （3）舵机 ω 值计算 ........................................................................................................ 6 （4）采用双摆试验验证 ................................................................................................. 6 3．DAV 的定义 ....................................................................................................................... 7 4．DIV 的定义......................................................................................................................... 7 5．单舵机调速算法 ................................................................................................................. 8 （1）舵机转动时的极限下降沿 PWM 脉宽 ................................................................. 8 三．8 舵机联动单周期 PWM 指令算法 ...................................................................................... 10 1．控制要求 ........................................................................................................................... 10 2．注意事项 ........................................................................................................................... 10 3．8 路 PWM 信号发生算法解析 ........................................................................................ 11 4．N 排序子程序 RAM 的制定 ............................................................................................ 12 5．N 差子程序解析 ............................................................................................................... 13 6．关于扫尾问题 ................................................................................................................... 14 （1）提出扫尾的概念 ................................................................................................... 14 （2）扫尾值的计算 ....................................................................................................... 14 0 / 15 0

一一一一．．．．舵机舵机舵机舵机 PWM 信号介绍信号介绍信号介绍信号介绍 1111．．．．PWMPWMPWMPWM 信号的定义信号的定义信号的定义信号的定义 PWM 信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。具体的时间宽窄协议参考下列讲述。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够应用于传统的模型上面了。目前，北京汉库的 HG14-M 舵机可能是这个过渡时期的产物，它采用传统的 PWM 协议，优缺点一目了然。优点是已经产业化，成本低，旋转角度大（目前所生产的都可达到 185 度）；缺点是控制比较复杂，毕竟采用 PWM 格式。但是它是一款数字型的舵机，其对 PWM 信号的要求较低：（1）不用随时接收指令，减少 CPU 的疲劳程度；（2）可以位置自锁、位置跟踪，这方面超越了普通的步进电机；图图图图 1111----1111 其其其其 PWMPWMPWMPWM 格式注意的几个要点格式注意的几个要点：：：：格式注意的几个要点格式注意的几个要点（1）上升沿最少为 0.5mS，为 0.5mS---2.5mS 之间；（2） HG14-M 数字舵机下降沿时间没要求，目前采用 0.5Ms 就行；也就是说 PWM 波形可以是一个周期 1mS 的标准方波；（3） HG0680 为塑料齿轮模拟舵机，其要求连续供给 PWM 信号；它也可以输入一个周期为 1mS 的标准方波，这时表现出来的跟随性能很好、很紧密。 1 / 15 1

2222．．．．PWMPWMPWMPWM 信号控制精度制定信号控制精度制定信号控制精度制定信号控制精度制定我们采用的是 8 位 AT89C52CPU，其数据分辨率为 256，那么经过舵机极限参数实验，得到应该将其划分为 250 份。那么 0.5mS---2.5Ms 的宽度为 2mS = 2000uS。 2000uS÷250=8uS 则：PWMPWMPWMPWM 的控制精度为的控制精度为 8us8us8us8us 的控制精度为的控制精度为我们可以以 8uS 为单位递增控制舵机转动与定位。舵机可以转动 185 度，那么 185 度÷250=0.74 度，舵机的控制精度为 0.74 则：舵机的控制精度为舵机的控制精度为舵机的控制精度为 0.740.74 0.74 度度度度 1 DIV = 8uS ; 250DIV=2mS 时基寄存器内的数值为：（#01H）01 ----（#0FAH）250。共 185 度，分为 250 个位置，每个位置叫 1DIV。则：185÷250 = 0.74 度 / DIV PWM 上升沿函数： 0.5mS + N×DIV 0uS ≤ N×DIV ≤ 2mS 0.5mS ≤ 0.5Ms+N×DIV ≤ 2.5mS 图图图图 1111----2222 2 / 15 2

二二二二．．．．单舵机拖动及调速算法单舵机拖动及调速算法单舵机拖动及调速算法单舵机拖动及调速算法 1111．．．．舵机为随动机构舵机为随动机构舵机为随动机构舵机为随动机构（1）当其未转到目标位置时，将全速向目标位置转动。（2）当其到达目标位置时，将自动保持该位置。所以对于数字舵机而言，PWM 信号提供的是目标位置，跟踪运动要靠舵机本身。（3）像 HG0680 这样的模拟舵机需要时刻供给 PWM 信号，舵机自己不能锁定目标位置。所以我们的控制系统是一个目标规划系统。 HG14----MMMM 舵机的位置控制方法（（（（1111））））HG14 舵机的位置控制方法舵机的位置控制方法 HG14HG14 舵机的位置控制方法舵机的转角达到 185 度，由于采用 8 为 CPU 控制，所以控制精度最大为 256 份。目前经过实际测试和规划，分了 250 份。具体划分参见《250 份划分原理》。将 0—185 分为 250 份，每份 0.74 度。控制所需的 PWM 宽度为 0.5ms—2.5ms，宽度 2ms。 2ms÷250=8us；所以得出：PWMPWMPWMPWM 信号信号信号信号 = 1= 1= 1= 1 度度度度/8us /8us/8us /8us； 0.5ms-2.5ms 0.5ms-30ms 舵机角度= 0.74××××NNNN 舵机角度舵机角度舵机角度 PWM = 0.5 + NNNN××××DIV；（；（；（；（DIV=8us））））角度角度角度角度 N PWM 0 0 0.5ms 45 3E 1ms 90 7D 1.5ms 135 BB 2ms 180 FA 2.5ms 3 / 15 3

HG14----MMMM 舵机的运动协议（（（（2222））））HG14 舵机的运动协议舵机的运动协议 HG14HG14 舵机的运动协议舵机的转动方向为: 逆时针为正转逆时针为正转逆时针为正转逆时针为正转 Φ Φ对应 N 值 N=#00H，Φ=0 度 N=#F5H，Φ=180 度 1 ≤ N ≤ 245 运动时可以外接较大的转动负载，舵机输出扭矩较大，而且抗抖动性很好，电位器的线性度较高，达到极限位置时也不会偏离目标。 4 / 15 4

2222．．．．目标规划系统的特征目标规划系统的特征目标规划系统的特征目标规划系统的特征（（（（1111））））舵机的追随特性舵机的追随特性舵机的追随特性舵机的追随特性角度 △ф фB фA 舵机的转速为ω △T 时间 ① 舵机稳定在 A 点不动； ② CPU 发出 B 点位置坐标的 PWM 信号； ③ 舵机全速由 A 点转向 B 点； △ф = фB - фA △T = △ф÷ω ④ CPU 发出 B 点 PWM 信号后，应该等待一段时间，利用此时间舵机才能转动至 B 点。那么，具体的保持（等待）时间如何来计算，如下讲解：令：保持时间为 Tｗ当 Tｗ≥△T 时，舵机能够到达目标，并有剩余时间；当 Tｗ≤△T 时，舵机不能到达目标；理论上：当 Tｗ=△T 时，系统最连贯，而且舵机运动的最快。实际过程中由于 2 个因素： ① 1 个机器人身上有多个舵机，负载个不相同，所以ω不同； ② 某个舵机在不同时刻的外界环境负载也不同，所以ω不同；则连贯运动时的极限△T 难以计算出来。目前采取的方法是经验选取ω值。 5 / 15 5

（（（（2222））））舵机舵机舵机舵机ωωωω值测定值测定值测定值测定舵机的ω值随时变化，所以只能测定一个平均值，或称出现概率最高的点。依据 ① 厂商的经验值； ② 采用 HG14-M 具体进行测试；测试实验：① 将 CPU 开通，并开始延时 Tｗ； ② 当延时 Tｗ到达后，观察舵机是否到达目标；测定时采用一段双摆程序，伴随示波器用肉眼观察 Tｗ与△T 的关系。（（（（3333））））舵机舵机舵机舵机ωωωω值计算值计算值计算值计算一般舵机定为 0.16--0.22 秒/60 度；取 0.2 秒/60 度＞＞ 1.2 秒/360 度＞＞ 0.617 秒/185 度则ω为 360 度/1.2 秒，2Π/1.2 秒 ω=300 度/秒那么 185 度转动的时间为 185 度÷360 度/1.2 秒 = 0.6167 秒。（（（（4444））））采用双摆试验验证采用双摆试验验证采用双摆试验验证采用双摆试验验证 6 / 15 观察实验过程中的 Tｗ与△T 的关系发现：当 Tｗ定在 0.618 秒时，利用示波器观察到舵机能够运动至 2 个目标点。则：Tｗ=△T= 0.618 秒实验过程中，设定舵机运转的目标角度查为 185 度。最终最终最终最终：：：：ωωωω=0.2 =0.2=0.2 =0.2 秒秒秒秒/60/60/60/60 度度度度 6

3333．．．．DAVDAVDAVDAV 的定义的定义的定义的定义将 185 度的转角分为 250 个平均小份。则：每小份为 0.74 度。定义如下：：：：DAV = 0.74 度度度度定义如下定义如下定义如下由于：ω = 0.2 秒/60 度则：运行 1 DAV 所需时间为：0.72 度÷0.2 秒/60 度 = 2.4 mS； 4444．．．．DIVDIVDIVDIV 的定义的定义的定义的定义定义如下定义如下定义如下角度 ф 舵机电路支持的 PWM 信号为 0.5mS—2.5mS，总间隔为 2mS。若分为 250 小份，则 2mS÷250 = 0.008 mS = 8uS 定义如下：：：：DIV = 8uS 那么 1 DAV（0.74 度）对应的△T 为：0.74 度÷60 度/0.2 秒 =2.4 67mS.。 ф = фB - фA △T = ф÷ω △T 时间 фB фA 7 / 15 7

资料库

舵机控制基本原理（易于理解）.pdf

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料