Сервопривод 556: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Сервоприводы (также RC-сервоприводы) - это небольшие дешевые серийные серводвигатели, используемые для радиоуправления и малой робототехники. Они спроектированы так, чтобы ими легко управлять: положение внутреннего потенциометра постоянно сравнивается с положением, заданным устройством управления (т. Е. Радиоуправлением). Любая разница вызывает сигнал ошибки в соответствующем направлении, который приводит в движение электродвигатель вперед или назад и перемещает вал в заданное положение. Когда сервопривод достигает этого положения, сигнал ошибки уменьшается, а затем становится равным нулю, после чего сервопривод прекращает движение.

Сервоприводы радиоуправления подключаются через стандартное трехпроводное соединение: два провода для источника питания постоянного тока и один для управления, по которому передается сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Стандартное напряжение составляет 4,8 В постоянного тока, однако 6 В и 12 В также используются на некоторых сервоприводах. Управляющий сигнал представляет собой цифровой ШИМ-сигнал с частотой кадров 50 Гц. В пределах каждого временного интервала 20 мс цифровой импульс с активным высоким уровнем управляет положением. Номинальный диапазон импульса составляет от 1,0 мс до 2,0 мс, причем 1,5 мс всегда находится в центре диапазона.

Вам не нужен микроконтроллер или компьютер для управления сервоприводом. Вы можете использовать почтенную микросхему таймера 555 для подачи необходимых импульсов на сервопривод.

Многие схемы на базе микроконтроллеров доступны в сети. Есть также несколько схем, доступных для тестирования сервоприводов на основе одиночных 555, но я хотел точную синхронизацию без изменения частоты вообще. И все же он должен был быть дешевым и простым в сборке.

Шаг 1: ШИМ Что?

Как следует из названия, управление скоростью с широтно-импульсной модуляцией работает, приводя двигатель в действие серией импульсов «ВКЛ-ВЫКЛ» и изменяя рабочий цикл, долю времени, в течение которой выходное напряжение находится в состоянии «ВКЛ» по сравнению с тем, когда оно находится в состоянии «ВЫКЛ.”Импульсов при постоянной частоте.

Концепция, лежащая в основе этой схемы, заключается в том, что она использует два таймера для генерации выходного сигнала ШИМ (широтно-импульсной модуляции) для управления сервоприводом.

Первый таймер работает как нестабильный мультивибратор и генерирует «несущую частоту» или частоту импульсов. Это сбивает с толку? Что ж, хотя ширина выходного импульса может варьироваться, мы хотим, чтобы время от начала первого импульса до начала второго импульса было одинаковым. Это частота появления импульсов. И именно здесь эта схема преодолевает изменяющуюся частоту большинства одиночных цепей 555.

Второй таймер действует как моностабильный мультивибратор. Это означает, что требуется запуск для генерации собственного импульса. Как сказано выше, первый таймер запускает второй с фиксированным интервалом, определяемым пользователем. Однако второй таймер имеет внешний потенциометр, который используется для установки ширины выходного импульса или, по сути, определения рабочего цикла и, в свою очередь, вращения сервопривода. Перейдем к схеме…

Шаг 2. Немного математики… Частота

В схеме используется LM556 или NE556, которые можно заменить двумя 555-ми. Я просто решил использовать 556, потому что это сдвоенный 555 в одном корпусе. Левая схема таймера, или генератор частоты, выполнена как нестабильный мультивибратор. Идея состоит в том, чтобы заставить его генерировать несущую частоту около 50 Гц, из которой рабочий цикл будет добавлен правым таймером или генератором ширины импульса.

C1 заряжается через R1, R4 (используется для установки частоты) и R2. В это время производительность высокая. Затем C1 разряжается через R1, и выход низкий.

F = 1,44 / ((R2 + R4 + 2 * R1) * C1)

F = 64 Гц для R1 = 0

F = 33 Гц для R1 = 47 кОм

Однако в упрощенной моделируемой схеме R1 опущен, а частота составляет 64 Гц.

Очень важно! Мы хотим, чтобы время, в течение которого выходной сигнал был низким, был короче минимальной ширины импульса генератора ширины импульса.

Шаг 3. Немного математики… Пульс

Генератор ширины импульса или правосторонний таймер настроен на моностабильный режим. Это означает, что каждый раз, когда срабатывает таймер, он выдает выходной импульс. Время импульса определяется R3, R5, R6 и C3. Внешний потенциометр (100k LIN POT) подключен для определения ширины импульса, которая будет определять вращение и длину вращения сервопривода. R5 и R6 используются для точной настройки крайних положений сервопривода, избегая его дребезжания. Используемая формула следующая:

t = 1,1 * (R3 + R5 + (R6 * POT) / (R6 + POT)) * C4

Итак, минимальное время импульса, когда все переменные резисторы установлены в ноль, составляет:

т = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 мс

Обратите внимание, что это минимальное время ширины импульса больше, чем импульс запуска, чтобы генератор ширины импульса не генерировал постоянно импульсы 0,36 мс один за другим, а с постоянной частотой + - 64 Гц.

Когда потенциометры установлены на максимум, время

t = 1,1 * (R3 + R5 + (R6 * POT) / (R6 + POT)) * C4

t = 13 мс

Рабочий цикл = ширина / интервал импульса.

Таким образом, при частоте 64 Гц интервал между импульсами составляет 15,6 мс. Таким образом, рабочий цикл варьируется от 2% до 20% с центром в 10% (помните, что импульс 1,5 мс - это центральное положение).

Для ясности потенциометры R5 и R6 были удалены из моделирования и заменены одним резистором и одним потенциометром.

Шаг 4: хватит математики! А теперь поиграем

Вы можете воспроизвести симуляцию ЗДЕСЬ: просто нажмите кнопку «Симуляция», подождите, пока загрузится симуляция, а затем нажмите кнопку «Начать симуляцию»: дождитесь стабилизации напряжения, затем нажмите и удерживайте левую кнопку мыши на потенциометре. Перетащите мышь и переместите потенциометр для управления сервоприводом.

Вы можете заметить изменение ширины импульса на верхнем осциллографе, в то время как частота импульса остается неизменной на втором осциллографе.

Шаг 5: Последнее, но не менее важное… Настоящая вещь

Если вы хотите пойти дальше и построить саму схему, здесь вы можете найти схему, компоновку печатной платы (это односторонняя печатная плата, которую вы можете легко изготовить дома), компоновку компонентов, компоновку медных кабелей и список деталей.

Небольшая заметка о триммерах:

• синий триммер устанавливает частоту сигнала
• средний черный триммер устанавливает нижний предел вращения
• оставшийся черный триммер устанавливает верхний предел вращения

Небольшое примечание, полезное для калибровки схемы для конкретного сервопривода:

1. установите главный потенциометр на ноль
2. Отрегулируйте средний черный триммер, пока сервопривод не будет устойчиво установлен на нижнем пределе без дребезга
3. теперь установите главный потенциометр на максимум
4. Отрегулируйте оставшийся черный триммер до тех пор, пока сервопривод не будет устойчиво установлен на верхнем пределе без дребезга

Если вам понравилось это наставление, проголосуйте за меня в конкурсе!:)

Приз жюри конкурса «Советы и подсказки по электронике»