舵机系泊实验
一．试验要求
1．舵角指示器校对.以舵角机械舵角指示器的示角为基准。校对电动舵角指示器，误差不大于±1o，但是舵角处在零度位置时各舵角指示器应无误差。舵角电气限位应在左35o
±1o或右35o±1o时停止转动。机械限位角度一般应大于电气限位1o-1.5o舵角最大不得超过37o左(右)舵到右(左)舵35o-30o所需时间不大于28秒。
二.试验方法
1.舵角指示器校对，以舵机上的机械舵角指示器的示角为基准。校对驾驶室，舵机舱的电
动指示器的正确性，校验时自0o分别向两舷操舵，每转5o校对一次舵角指示器，根据舵机上机械舵角指示器的角度，检验驾驶室和舵机房的电动舵角指示器的角度指示值误差是否在规定范围内，校对时应来回各校对一次，并做好记录。
2.检验电气限位开关动作的正确性，操舵至规定限位舵角时。舵机应停止转动，检验时，
左.右限位舵角应各试验1-2次
3.报警试验低油位将油箱内的油位放至低油时应能发出声光报警,另一种方法是将浮子
开关拆下(或短接触点)失电报警其方法是断开配电板电源开关或控制箱电源开关,此时应发出声光报警, 电机过载其方法是通过控制箱内的有关触点.用模拟办法进行,应发出声光报警.
1076 计算机测量与控制.2010.18(5) Computer Measurement &Control 控制技术 收稿日期:2009-09-27; 修回日期:2009-11-09。 作者简介:杨百平(1982-),男,陕西人,在读研究生,主要从事电路系统与自动控制方向的研究。 杨金孝(1964-),男,陕西人,副教授,主要从事电子电路的研究与设计、控制理论与控制工程方向的研究。 文章编号:1671-4598(2010)05-1076-03 中图分类号:T P274 5 文献标识码:A 无人机舵机控制系统的硬件设计与实现 杨百平,杨金孝,赵 强 (西北工业大学电子信息学院,陕西西安 710129) 摘要:给出了一种基于ST M 32F103VB 微控制器的无人机全数字舵机控制系统硬件实现方案,该方案以STM 32F103VB 作为主控芯片,无刷直流电机作为该系统的伺服电机,采用三闭环的控制策略,实现了脉宽调制(PWM )控制信号的采样和输出,通过采样PW M 信号实现舵机的控制,针对无人机对数据传输实时性的要求,利用CAN 总线与上位机通讯,很好地满足了要求;该系统具有成本低廉、安全可靠且实现容易的特点,实现了舵机控制系统的数字化与小型化;经多次试验,证明是安全实用的。 关键词:S TM 32F103VB 微控制器;无人机;伺服;电动舵机 Hardware Design and Implementation for a S ervo System of UAV Rudder Yang Baiping ,Yang Jinxiao,Zhao Qiang (Colleg e of Electr onics and Infor mat ion,No rthw ester n P olytechnical U niver sity,Xi an 710129,China) Abstract:A set of fu lly-digital-signal ser vo system bas ed on S TM 32F103VB for UAV electrom echanical rudder is in tr odu ced in th is paper.It takes S TM 32F103VB as the master control unit and bru shless DC m otor as its drive.T his project uses the digital th ree clos ed-loop control strategy,sampled and gen erated puls e width modulation w ave,through sampling one of th e PW M w aves to realize control tran sfer,in view of U AV to data transmis sion tim elin es s r equest,com municated w ith upper sys tem by CAN bu s.It featu red low cos t,s afe,easy to realize,made it smaller and digital,and w as testified that the sy stem is ap plicable and safety. Key words :S TM 32F103VB M CU;UAV;servo;electr om ech anical rudder 0 引言 舵机控制系统是飞行控制计算机和舵机之间的接口,它采集接收机多路PW M 信号,与上位机进行通讯,产生控制舵机的PW M 信号,是舵机系统的核心部分。现有的舵机伺服控制线路大部分还都是模拟的,因其固有的一些缺点而限制了它的使用,相比之下,数字舵机系统具有很多模拟式舵机所没有的优点。本文给出了一种基于ST M 32F103VB 微控制器的无人飞行器舵机伺服控制系统,具有高性能、低功耗、低成本、安全可靠和实现容易的特点,可在线编程并成功应用于实践。 1 系统综述 舵机主要是由无刷电机、舵机控制器、舵机机械结构和传感器4部分组成。其中舵机控制器又包括:数据接口部分、中央控制单元、逻辑单元、隔离放大部分与功率驱动模块。一般舵机的工作过程如下:首先由上位机给出一舵偏角指令,舵机控制器接受该指令后与检测得到的实际舵面偏转角送入舵面位置调节单元从而得到参考P WM 占空比A;然后测量实际转速,当速度大于预设值时输出一给定PW M 占空比B;最后检测实际电流,当电流大于电流预设值时,输出另一给定的PWM 占空比C [1]。无刷直流电机中的H A LL 传感器检测转子位置,产生H A ,H B,H C 三相霍尔信号,H A 、HB 、H C 、和ST M 32输出的P WM 波和电机换相信号逻辑综合得到6路电机控制信号驱动电机转动 [2] 。电机输出轴连接精密减速器和 各种传感器,减速器输出驱动舵面。系统实现图如图1所示。 图1 系统组成结构图 2 舵机控制器的硬件组成 舵机控制器的硬件由图2中框线部分组成,该控制器以ST M 32F103V B 为核心。整个系统的硬件设计主要由ST M 32F103V B 工作电路、可编程逻辑电路、隔离及驱动电路、检测信号处理电路、A D 转换电路、数据接口电路及温度检测电路等部分组成。在系统中ST M 32F103V B 通过其自身的CA N 总线控制器与上位机进行数据传输,并使用自身集成的A D 转换器和内置通用定时器实时监测舵机位置、转速和电流等参数。 控制器根据内置的控制算法进行位置环、速度环和电流环计算,并产生控制数据,控制数据通过转换算法产生控制量(PW M 信号和DI R 信号),控制量进入逻辑阵列CPL D 与无刷电机位置传感器信号(H A L L 信号)进行逻辑综合后,输出6路电机控制信号。电机控制信号经隔离电路后控制电机功率驱动模块进行功率放大,驱动无刷电机运行。2 1 主控芯片STM32F 103VB [3] ST M 32F103VB 是意法半导体(ST )公司推出的基于A RM 32位CORT EX -M 3CPU ,是目前性能比较突出的微处理器之一,其增强型系列特别适合做电机控制。它的主要特点如下:
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．DA V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)
一．舵机PWM 信号介绍 1．PWM 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； 其PWM 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。 图1-1
在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。 其工作原理是： 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。 3. 舵机的控制： 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms 范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的： 0.5ms--------------0度； 1.0ms------------45度； 1.5ms------------90度； 2.0ms-----------135度； 2.5ms-----------180度； 这只是一种参考数值，具体的参数，请参见舵机的技术参数。 小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V，转速也不是很快，一般为0.22/60度或0.18/60度，所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时，舵机可能反应不过来。如果需要更快速的反应，就需要更高的转速了。 要精确的控制舵机，其实没有那么容易，很多舵机的位置等级有1024个，那么，如果舵机的有效角度范围为180度的话，其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了，从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。如果你拿了个舵机，连控制精度为1度都达不到的话，而且还看到舵机在发抖。在这种情况下，只要舵机的电压没有抖动，那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢？当然和你选用的脉冲发生器有
舵机测试方案 1、舵机转速测量 方案一：通过测量舵机无负载的情况下转过60°角所需时间来确定舵机转速。以扇形纸板固定在舵盘上，在舵机从-45°～+45°（或-90°～+90°）位置之间的-30°～+30°角线的适当位置制作两小孔（下图A，B处为红外对管信息采集通道），以给红外射对管提供信息传递通道。这样就可以在这两个信息通道采集舵机在转过60°范围的起始位置和结束位置的信号变化，将采集到的信号经过比较器（LM393）整形后送入单片机进行处理（这里可将整形后的数字变化信号进行定时中断处理），就可以获得舵机在转过60°范围的起始位置和结束位置过程中需要的时间值，并将时间值通过数码管显示出来。从而测得舵机的转速值。
方案二：测试设备：舵机控制器速度测试架 操作方法: 1设定好舵机供电电压 2舵机控制器脉冲宽度制调节在,接上舵机,使舵机静止在舵机的中央位置 3舵机固定在角度测试架上,指针较准在90度 4使舵机控制器的脉宽输出变成2ms,记录正向60度角摆幅的时间(正向1) 5使舵机控制器的脉宽输出变回,记录反向60度角摆幅的时间(反向1) 6使舵机控制器的脉宽输出变成,记录反向60度角摆幅的时间(反向2) 7使舵机控制器的脉宽输出变回,记录正向60度角摆幅的时间(正
向2) 8更改舵机供电电压,重覆步骤2到7 2、转矩测量 方案一：通过实际的测试来验证该舵机的转矩。因为舵机扭矩的单位是Kg·cm，所以可以在舵盘上距舵机轴中心水平 距离1cm处，测试舵机能够带动物体的重量。 注意：因为较高的电压可以提高电机的速度和扭矩，所以在测试其性能参数时应根据具体情况合理选择舵机的工作 电压。
舵机及转向控制原理 令狐采学 1、概述 2、舵机的组成 3、舵机工作原理 4、舵机选购 5、舵机使用中应注意的事项 6、辉盛S90舵机简介 7、如何利用程序实现转向 8、51单片机舵机测试程序 1、概述 舵机也叫伺服电机，最早用于船舶上实现其转向功能，由于可以通过程序连续控制其转角，因而被广泛应用智能小车以
实现转向以及机器人各类关节运动中，如图1、图2所示。 令狐采学创作 图1舵机用于机器人 图2舵机用于智能小车中 舵机是小车转向的控制机构，具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳定性高等特点，无论是在硬件设计还是软件设计，舵机设计是小车控制部分重要的组成部分，图3为舵机的外形图。 图3舵机外形图 2、舵机的组成 一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿 轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路等，如图4、图5所示。 图4舵机的组成示意图 图5舵机组成
舵机的输入线共有三条，如图6所示，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是4.8V, —令狐采学创作是6.0V,分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不 同，6.0V对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba的一般为白色，JR的一般为桔黄色。另外要注意一点，SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，一般不会搞错。 图6舵机的输出线 3、舵机工作原理 控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度，从而达到目标停止。其工作流程为：控制信号一控制电路板―电机转动-齿轮组减速-舵盘转动?位置反馈电位计-控制电路板反馈。
/***********************************************************************/ //功能：舵机和电机测试程序 //运行条件：16MHz晶振 //注意：运行前在程序里设置DriverType的值选择对应的驱动模块 /***********************************************************************/ #include
实验三液压舵机的操作实验 一、实验内容 1、液压舵机遥控系统操舵试验与调整。 2. 电子式随动操舵系统操舵实验。 二、实验要求 通过实验，熟悉典型液压航机及遥控系统的组成和工作原理，掌握操舵方法。 三、实验设备 YD100 －1.6 / 28型液压舵机1套 D D1型电子随动操舵仪1台 （一）YD100 － 1.6 / 28型液压舵机 该舵机由广西梧州华南船舶机械厂制造。现装于辅机实验室内。 其主要技术数据如下： 型号：Y D100－ 1.6／ 2 8 公称力矩： 1.6 t m（15.6 KN.M） 转舵时间：28 sec 最大转角正负35度 工作压力：100 kg／cm2 （9.81MPa） 安全阀调整压力：110kg／cm2 (10.8MPa) 电动机型号：JO2H－12－4（Y80L2一4） 电动机功率：0.8 kW 电动机转速: 1500 r.p.m． 电动机电压。380 V 油泵型号；10 SCYI4一1 油泵排量；10 m L／r 最大工作压力：320 kg／cm2(31.4MPa) 电磁阀型号: 34 E 1M－B10H－T
电磁阀流量：40L／min 电磁阀最大工作压力：210 kg／cm2（20.59 MPa） 溢流阀型号：Y E－B10 C 电磁阀流量：40 L／min 溢流阀最大工作压力：140 kg／cm2（13.73MPa） 注：转舵时间系指单机而言，双机组工作时，转舵速度可提高一倍。 1．转舵机构 舵机的转舵机构是采用柱塞式油缸，柱塞的往复运动通过拨叉机构转换为舵柄的转动。所以，舵机的输出力矩与工作油压的关系为（见图3—1）。 πd2R△P M= Z η 4 cos2a 式中：Z——油缸对数（Z=1） d——柱塞直径（d=10cm） R——舵杆中线到油缸中心线的垂直距离（R=18cm） △P——油缸压差（△P=P1—P2） η——推舵装置机械效率(η≈0.8) a——舵的转角 舵机力矩特性M=f（a）如图3—2所示。舵机公称力矩系指舵机转动舵杆的最大力矩，即舵的转角为35°时舵机的输出力矩。. 该舵机的转舵机构主要由油缸、柱塞、舵柄、边舵柄、拉杆等组成，如图3—3所示。 2．轴向柱塞式油泵 该舵机的油泵为手动变量轴向柱塞泵，其工作原理如图3-4所示。它由湖南邵阳液压件厂生产。 泵的传动轴（19）通过花键与缸体（16）连接，且带动缸体（16）旋转，使
常见问题解决 一、舵机电机调速原理及如何加快电机速度 常见舵机电机一般都为永磁直流电动机，如直流有刷空心杯电机。直流电动机有线形的转速-转矩特性和转矩-电流特性，可控性好，驱动和控制电路简单，驱动控制有电流控制模式和电压控制两种模式。舵机电机控制实行的是电压控制模式，即转速与所施加电压成正比，驱动是由四个功率开关组成H桥电路的双极性驱动方式，运用脉冲宽度调制（PWM）技术调节供给直流电动机的电压大小和极性，实现对电动机的速度和旋转方向（正/反转）的控制。电机的速度取决于施加到在电机平均电压大小，即取决于PWM驱动波形占空比（占空比为脉宽/周期的百分比）的大小，加大占空比，电机加速，减少占空比电机减速。 所以要加快电机速度：1、加大电机工作电压；2、降低电机主回路阻值，加大电流；二者在舵机设计中要实现，均涉及在满足负载转矩要求情况下重新选择舵机电机。 二、数码舵机的反应速度为何比模拟舵机快 很多模友错误以为：“数码舵机的PWM驱动频率300Hz比模拟舵机的50Hz高6倍，则舵机电机转速快6倍，所以数码舵机的反应速度就比模拟舵机快6倍” 。这里请大家注意占空比的概念，脉宽为每周期有效电平时间，占空比为脉宽/周期的百分比，所以大小与频率无关。占空比决定施加在电机上的电压，在负载转矩不变时，就决定电机转速，与PWM的频率无关。 模拟舵机是直流伺服电机控制器芯片一般只能接收50Hz频率（周期20ms）~300Hz左右的PWM外部控制信号，太高的频率就无法正常工作了。若PWM外部控制信号为50Hz，则直流伺服电机控制器芯片获得位置信息的分辨时间就是20ms，比较PWM控制信号正比的电压与反馈电位器电压得出差值,该差值经脉宽扩展(占空比改变,改变大小正比于差值)后驱动电机动作，也就是说由于受PWM外部控制信号频率限制，最快20ms才能对舵机摇臂位置做新的调整。 数码舵机通过MCU可以接收比50Hz频率（周期20ms）快得多的PWM外部控制信号，就可在更短的时间分辨出PWM外部控制信号的位置信息，计算出PWM信号占空比正比的电压与反馈电位器电压的差值，去驱动电机动作，做舵机摇臂位置最新调整。 结论：不管是模拟还是数码舵机，在负载转矩不变时，电机转速取决于驱动信号占空比大小而与频率无关。数码舵机可接收更高频率的PWM外部控制信号，可在更短的周期时间后获得位置信息，对舵机摇臂位置做最新调整。所以说数码舵机的反应速度比模拟舵机快，而不是驱动电机转速比模拟舵机快。 三、数码舵机的无反应区范围为何比模拟舵机小
Futaba S3010舵机测试程序 说明：本程序是为了第四届FREESCALE智能车大赛，舵机测试时使用的程序，基于51单片机实验版。利用C语言完成，仅供参考，欢迎批评意见，转载请注明出处。 /******************************************************************** * 舵机测试程序 * SST89E58/SST89E516 Experimental BOARD * Copyright(C) 2009, Shulin Liu, HUST * All rights reserved. * For Freescale Smartcar Match ********************************************************************/ #include
转叶式液压舵机产品介绍 上海海事大学摘编2010-01-18 关键字：液压舵机浏览量：627 大型船舶几乎全部采用液压舵机。电动舵机仅仅用于一些小型船舶上。液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、流向的可控性达到操舵的目的。转叶式液压舵机是一种新型的液压舵机。它与其他类型的舵机相比，具有体积小、重量轻、结构简单、制造容易、维护保养方便等一系列优点。 一、国内外研究现状： 转叶式液压舵机至今已有近60年的历史，但这种新舵机并非所有从事船舶制造的国家都能生产，目前只有少数几个国家掌握了这门设计和生产技术。例如：德国、挪威、俄罗斯和日本等他们从二次世界大战后50年代初开始先后研究和生产这种新舵机。 德国AEG通用电气公司生产转叶式液压舵机已闻名世界并占垄断地位，产品较多，是目前远洋船舶上所经常选用的设备之一。该公司生产四种不同系列，分为RD型；RDC型；RC型；RB型。最高压力12.5MPa；最大扭矩890吨米。由于采用翻边式结构，金属条密封形式，结构合理，翻边受力变形量小，可使用较高压力，容积效率也较高。但是安装工艺较复杂（与端盖式比较），不过RBZ（RB）系列组装化程度较高，安全阀，电动机，油泵机组均安装在转叶油缸两侧，可整体套入舵轴（与舵轴联接方式均为套装式）。大大简化了船上安装工作量。英国布朗公司、日本三井公司、三菱公司和美国等国家凭德国AEG公司专利进行成批生产各种系列的转叶式液压舵机。挪威FRYDENBO公司生产的转叶式液压舵机，工作压力2.5MPa，安全阀调节压力为5MPa，最大扭矩为600吨米。液压系统是以螺杆泵做主泵的定量泵系统。由手动和电动液压操纵组成一体。该公司产品的特点是采用端盖式带凹形橡胶密封，与舵轴联接形式为套装式，转叶舵机固定在船壳底座上，无缓冲装置，由于其使用压力较低，采用高粘度油液，故使用可靠，安装、维护保养简单。俄罗斯于1959年在目前的乌克兰境内试制了首台转叶式液压舵机，并在1962年装在船上考验其性能，而后进行了批量生产。这种舵机的结构形式为端盖式，金属条密封，工作压力小于6.5MPa。与舵轴联接方式为对接式。 我国自1969年在广州研制成功第一台转叶式舵机以来，由于这种舵机具有一系列优点，因此发展很快。现在这种舵机品种规格很多，结构不一。有翻边式结构(江南造船厂)；端盖
舵机的构造和原理 2008-06-20 08:50:29 来源: 作者: 【大中小】评论：0条 前言 舵机是遥控模型控制动作的动力来源，不同类型的遥控模型所需的舵机种类也随之不同。如何审慎地选择经济且合乎需求的舵机，也是一门不可轻忽的学问。 本文章主要探讨适合各等级直升机各工作部位所使用的舵机，至於其它种类的模型，如飞机、车、船，则不在本篇文章讨论范围之内。 舵机的构造 舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已到达定位。 位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会跟着改变，测量电阻值便可知转动的角度。 一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流过线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，於是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是无核心马达。
为了适合不同的工作环境，有防水及防尘设计的舵机。并且因应不同的负载需求，舵机的齿轮有塑胶及金属的区分。较高级的舵机会装置滚珠轴承，使得转动时能更轻快精准。滚珠轴承有一颗及二颗的区别，当然是二颗的比较好。 目前新推出FET舵机，主要是采用FET(Field Effect Transistor)场效电晶体。FET具有内阻低的优点，因此电流损耗比一般电晶体少。
舵机测试实验报告 张冲 一、实验目的 为了较好的设计旋翼无人机的舵机控制系统，必须首先确定舵机的旋转精度，舵机精度的高低直接影响控制的精度。如果舵机的精度达到1°，那么我们现有的控制方式将能很好的实现舵机的控制，从而保证旋翼无人机控制系统的精度。如果达不到1°，那么我们需要根据舵机的实际精度来改进控制方式，使其尽可能的满足旋翼无人机的控制要求。所以我们设计了这个舵机测试实验来验证S3156型舵机精度能否达到1°。 二、实验原理 如图1，舵机的控制信号是脉冲宽度调制(Pulse Wide Modulator，PWM)信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。 图1 PWM控制信号(左图) 实测得PWM信号(右图) 受到舵机测试仪给出的PWM控制信号之后，与舵机相连的指针将发生偏转，偏转变化 量将通过转台刻度读出。如果舵机输出位置精度达到1 ，则满足设计要求。 图2舵机精度测试平台
1、把舵机固定在转台中央，使得舵机的转子与转台的圆心重合。 2、把舵机输入端连接到舵机测试仪的输出端，把舵机测试仪接上电源 3、把测试仪的输出端连上示波器，系统连接完成如下图3。 4、打开示波器电源，手动微调一下舵机测试仪，使其偏转角度尽可能的小，用游标转盘精确的量出偏转的角度并记录下来；从示波器上读出PWM 波的周期以及高电平部分持续时间，并记录下来。 先从0°一直测到30°，然后再从0°测到-30°。 图3 系统连线实拍图 四、实验器材 示波器，S3156高精度舵机，舵机测试仪，转台，电源，导线。 舵机具体的选择标准如下： 1、质量在10g 以内的微型数字舵机，尽量减少RUA V 总重 2、速度0.160s （即舵机偏转60 需要0.1s ）左右 3、输出力矩0.23Servo M kg cm >?
舵机测试报告 经过这段时间对舵机的测试，我现在将测试舵机的一些成果和心得记录下来。以下未必是舵机可能出现的所有问题，但已经可以对实验室现有的舵机进行充分利用。 一、舵机的原理 控制信号由接受通道进入调制芯片，获得直流偏置电压。它内部含有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准电压，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压输出。最后电压差的正负输出到电机驱动芯片，决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压为0，电机停止转动。 以180°角度舵机为例，舵机的控制需要制作20ms周期的时基脉冲，用以和舵机内部基准电压作比较，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms到2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以1.5ms为0°标定，即0.5ms为-90°，1.0ms为-45°，1.5ms为0°，2ms为45°，2.5ms 为90°。但实际舵机大部分并非180°范围，这里使用180°范围是为了方便举例，建议实际使用时角度控制为0°范围正负60°内，即120°范围内使用舵机。 很多舵机的位置等级有1024个，如果舵机的有效角度范围为180°，其控制的角度精度可以达到180°/1024约为0.18°，即要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。由于单片机采用定时器中断模拟PWM信号输出，单片机无法达到2us的控制精度，本报告采用
两种单片机，控制角度精度为别达到9°和0.9°，稍后会有介绍二、舵机控制PWM脉宽调制值的设定 设所选单片机的晶振频率为fosc，AT89S52单片机机的T=12/fosc，定时器中断采用方式2,8位自动重装定时器，定位100us 中断一次，初值等于100/T。在定时器中断服务程序中使用两个全局变量，一个变量控制高电平时间，一个变量控制低电平时间，两个变量的和为20*1000/100=200，控制PWM脉宽即控制这两个变量的值。 三、使用单片机控制舵机 选用AT89S52单片机，因为此款单片机应用较为广泛。当接好电路后，舵机可以正常工作，但是转动时存在一定的抖动问题，转动后舵机的旋叶总是产生轻微的晃动。预想可能是由于舵机控制的角度精度仅为9°，对于舵机内部参数的计算有很大影响。而且舵机也达不到预想的程度，转动控制范围很不理想。所以弃用此款单片机，改用工作频率更高的STC12C5A56S2单片机。 STC12C5A56S2单片机时钟周期=机器周期，比传统8051系列单片机快12倍，可以满足要求。但需要注意的是，STC12C5A56S2单片机由于全面兼容传统8051系列单片机，要使之工作在时钟周期=机器周期的工作状态下，需设置其中的特殊功能寄存器AUXR，其字节地址为8EH，详细说明参见此款单片机的使用手册。 根据此款单片机调整程序后，舵机控制的角度精度达到了0.9°，满足了使用要求，并留有一定裕度，根据具体需要，可使精度达到0.45°以内。
课程设计项目说明书 舵机控制型机器人设计 学院机械工程学院 专业班级2013级机械创新班 姓名吴泽群王志波谢嘉恒袁土良指导教师王苗苗 提交日期 2016年4 月1日
华南理工大学广州学院 任务书 兹发给2013级机械创新班学生吴泽群王志波谢嘉恒袁土良 《产品设计项目》课程任务书，内容如下： 1. 题目：舵机控制型机器人设计 2.应完成的项目： 1.设计舵机机器人并实现运动 2.撰写机器人说明书 3.参考资料以及说明： [1] 孙桓.机械原理[M].北京.第六版;高等教育出版社，2001 [2] 张铁，李琳，李杞仪.创新思维与设计[M].国防工业出版社，2005 [3] 周蔼如.林伟健.C++程序设计基础[M].电子工业出版社.北京.2012.7 [4] 唐增宏.常建娥.机械设计课程设计[M].华中科技大学出版社.武汉.2006.4 [5] 李琳.李杞仪.机械原理[M].中国轻工业出版社.北京.2009.8 [6] 何庭蕙.黄小清.陆丽芳.工程力学[M].华南理工大学.广州.2007.1 4.本任务书于2016 年2 月27 日发出，应于2016 年4月2 日前完 成，然后提交给指导教师进行评定。 指导教师（导师组）签发2016年月日
评语： 总评成绩： 指导教师签字： 年月日
目录 摘要 (1) 第一章绪论 (2) 1.1机器人的定义及应用范围 (2) 1.2舵机对机器人的驱动控制 (2) 第二章舵机模块 (3) 2.1舵机 (3) 2.2舵机组成 (3) 2.3舵机工作原理 (4) 第三章总体方案设计与分析 (6) 3.1 机器人达到的目标动作 (6) 3.2 设计原则 (6) 3.3 智能机器人的体系结构 (6) 3.4 控制系统硬件设计 (6) 3.4.1中央控制模块 (7) 3.4.2舵机驱动模块 (7) 3.5机器人腿部整体结构 (8) 第四章程序设计 (9) 4.1程序流程图 (9) 4.2主要中断程序 (9) 4.3主程序 (11) 参考文献 (13) 附录 (14) 一．程序 (14) 二．硬件图 (17)
船舶舵机检验中几个问题 [摘要] 船舶舵机是船舶航行的重要设备，船舶是依靠操纵舵机来控制或改变航向。所以对船舶实施psc或fsc安全检验时，安检人员必须对舵机进行相应设备检验或船员操作性检验，以验证设备的性能及船员的适任能力是否符合公约及有关法规的要求。 [关键词] 舵机检验问题重点 每艘船舶应配备使主管机关满意的主操舵装置和辅助操舵装置。主操舵装置和辅助操舵装置的布置应使两者中之一在发生故障时，不会导致另一装置不能工作。所有操舵装置的部件和舵杆应为主管机关满意的坚固和可靠的构造。凡在液压系统中能被隔断的和由于动力源或外力作用能产生压力的任何部件，应设置安全阀。 主操舵装置和舵杆应具有足够强度，并能在验证的最大营运前进航速下操纵船舶；舵杆直径超过12omm，其主操舵装置应为动力操作，能在船舶最深航海吃水和以最大营运前进航速前进时将舵自一舷35。转至另一舷35。，并于相同条件下在不超过28s内将舵自一舷35。转至另一舷3o。。 辅助操舵装置应具有足够强度和足以在可航行的航速下操纵船舶，并能于紧急时迅速投入工作；舵杆直径超过230mm，其主操舵装置应为动力操作，能在船舶最深航海吃水和以最大营运前进航速的一半或7节前进时(取大者)，在不超过60s内将舵自一舷15。转至另一舷15。 主操舵装置和辅助操舵装置的动力设备应布置成失电而再次获得
电源供应时能自动再起动；能从驾驶室某一位置投人工作。操舵装置的任何一台动力设备失电时，应在驾驶室里发出听觉和视觉报警。 一、驾驶室与舵机舱之间应设有通信设施。 舵角位置应：当主操舵装置系动力操纵时，在驾驶室显示。舵角指示应独立于操舵装置控制系统；能在舵机舱内辨认出来。 液压操纵的操舵装置应设有下列设施：每个液体贮存器设低位警报器，以便确切和尽早地指示液体泄漏。应在驾驶室和机器处所内易于观察的地方发出听觉和视觉报警；当主操舵装置要求动力操纵时，设置一个固定储存柜，其容量足以至少为一个动力执行系统(包括贮存器)进行再充液。储存柜应用管系固定联结以使能从舵机舱内容易地再次为液压系统充液，并应设有液位指示器。 舵机舱应：易于到达，并尽可能与机器处所分开；且有适当的布置以保证有到达操舵装置和控制器的工作通道。这些布置应包括扶手栏杆和格子板或其他防滑地板以保证液体泄漏时有适宜的工作条件。 ism规则的规定 solas公约第ⅸ章的内容列入强制性要求。 ism1o船舶和设备的维护 10.1公司应当制定程序，保证船舶及设备按照有关规定和标准以及公司可能制定的任何附加要求进行维护。 10.2为满足这些要求，公司应当保证：按照适当的间隔期进行检
#66# 计算机测量与控制.2011.19(1) Computer Measurement &Control 控制技术 收稿日期:2010-05-14; 修回日期:2010-06-24。 作者简介:周永龙(1986-),男,河南灵宝人,硕士研究生,主要从事电路与系统,数字伺服方向的研究。 文章编号:1671-4598(2011)01-0066-03 中图分类号:T P273 文献标识码:A 基于STM32的数字舵机控制系统的设计 周永龙1,雷金奎2 (11西北工业大学电子信息学院,陕西西安 710072;21西北工业大学第365研究所,陕西西安 710065) 摘要:针对无人机舵机控制系统对位置伺服的实时性和可靠性的要求,首次提出了以S TM 32为微控制器的新型数字控制系统;硬件部分给出了系统硬件结构图,并简要介绍了主控制芯片和硬件电路结构,为了提高系统数据传输的可靠性,引入CAN 总线传输方式;在软件部分,首先简要介绍了ST M 32的标准外设固件库函数,然后介绍了三闭环数字调节算法的实现和中断任务;另外,搭建了无人机数字舵机数字控制系统的仿真模型,通过仿真研究验证了控制策略的可行性。 关键词:无人机;ST M 32;三闭环伺服调节;舵机 Design of STM32-Based Digital Actuator Controlling System Zho u Yonglong 1 ,Lei Jinkui 2 (11No rthw ester n Polytechnical U niver sity ,Xi p an 710072,China; 21R esear ch Institute N o 1365,N o rthwester n P olytechnical U niver sity,Xi p an 710065,China) Abstract:In view of th e position -s ervo real-timin g and reliability r equiremen ts to th e u nman ned aerial vehicle actu ator contr olling system ,for th e fir st time a novel digital actuator con tr olling s ystem is pu t forw ard based on S TM 32micr o-controller.In the hardw are part th e structu ral graph of the system hardw are is brough t forw ard,and the micro-controller and the hardw are circuit is br iefly introduced.To im prove the reliab ility of data tran smis sion,C AN bu s is u sed.In th e softw are part,S TM 32standard peripherals firmw are library is b riefly in trodu ced at first.Then the arith metic implement of th e th ree closed loop digital modulation and th e interruption tas k is mainly recommen -ded.In addition the emulation m od el of the unm ann ed aerial vehicle digital actuator controlling s ystem is built,and the s ystem performance is validated. Key words :U AV;ST M 32;thr ee closed-loop control strategy;actuator 0 引言 舵机控制系统是无人机控制系统的重要部分,其性能好坏 直接决定了无人机的性能。随着国防军事的发展,人们对无人机的性能要求也越来越高。 本文研究的目的就在于设计新型数字舵机控制系统,以满足无人机舵机控制系统的快速性﹑精确性和稳定性等指标。该数字舵机控制系统是以微控制器ST M 32F 103R 为主控制单元,外围电路包括信号调制电路,信号采集电路和换向控制电路。该系统接收由上位机发出的位置指令,驱动舵机转动,从而实现了对无人机飞行的准确控制。 1 系统组成框图 舵机控制系统是无人机控制系统的重要组成部分。系统使用ST M 32系列微控制器作为主控制芯片,完成 数字舵机控制系统的设计和实现。系统的飞行控制指令由飞控计算机提供,通过数据接口接入航机控制器。航机控制器依据最新的位置指令与反馈信息,产生舵机飞行的控制信息。航机控制器有数据接口模块、中央控制单元模块、电机的逻辑换向模块及隔离与功率驱动模块。中央控制单元完成数字调节,逻辑单元接收电机位置信息和换向信息,产生新的换向信号,并由隔离与驱动模块完成该信号的隔离与放大。驱动电机通过减速器带动舵面 发生偏转。电机的速度信息与舵面的位置反馈信息通过传感器输入到航机控制器。系统组成框图如图1所示。 图1 系统组成框图 2 基于微控制器STM32F103R 的硬件描述 211 微控制器STM32F 103R ST M 32F10X 系列微控制器使用灵活而丰富的电源控制策略,为内部的各个模块提供工作电压。各个模块时钟频率可以软件配置。该控制器内嵌了丰富的外设功能模块。该系列控制器中有4个定时控制器,可以工作在编码模式和PWM 模式,对于电机控制很有用处。 212 硬件设计 系统硬件主要包括主控制器﹑接口部分﹑逻辑换向部分﹑信号反馈部分和驱动部分。 (1)接口部分 该系统使用CAN 总线接口,接受位置指令。由于ST M 32系列微控制器内嵌CA N 模块控制器,所以使用CAN 总线传输数据时,非常方便。外部接口只需要外接一个CA N 总线收