第3讲 舵机原理与应用

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1、舵机工作原理与应用第三讲华北电力大学自动化系实验中心王炳谦舵机的应用舵机是机电系统的重要执行机构。在航模、船模、车模、机器人等领域得到广泛应用。舵机是一种位置伺服的驱动器。*在智能车中主要用于转弯控制在智能车中也可用于传感器的摇头控制刹车控制伺服器S3010型（又称舵机）图一舵机实物照片舵机的结构图二舵机的内部结构框图舵机工作原理减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的PWM控制脉冲信号的平均有效电

2、压相等，停止电机，完成位置输出。不等时根据偏差驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，从而达到使伺服马达精确定位的目的。舵机本身是一个位置随动系统，构成如上图。通过内部位置反馈，它的舵盘输出转角正比于给定的控制信号，因此对它的控制可以使用开环方式。在负载力矩小于其最大输出力矩（6.5Kg.cm)的情况下，它的输出转角正比于给定脉冲宽度。舵机技术指标表一舵机S3010主要技术规格“飞思卡尔”智能车赛指定用舵机整体介绍：主用途通用伺服器特征低成本、高扭矩基板S256马达TricoreGM15

3、10VRTR133-15其它MATAL轴承，引线长300mm,HORND体积：（L×W×H)40.0×20×38.1mm重量：41g输出扭矩：*6.0V时6.5±1.3[Kg.cm]动作速度：*6.0V时0.16±0.02[Sec/60度]表一续动作方向：(顺时针）*CW脉宽1520-920[us]（逆时针）*CCW脉宽1520-2120[us]动作角度：*CW60±10度CCW60±10度左右差最大10度工作电压范围：*4.0-6.0[V]工作电流：*停止时最大15mA（无负载）（4.8V时）动作时13

4、0±25mA（无负载）工作电流：停止时最大15mA（无负载）（6.0V时）*动作时145±30mA（无负载）晃动量最大0.3mm使用温度范围-10-+45度*重点关注舵机转角与脉宽的关系：脉冲周期一般选在20毫秒左右图三舵机位置调中脉冲Vt图四舵机控制工作原理动画演示伺服电机的角度主要由高电平的脉宽来控制舵机的接线：黑色线--------地线红色线--------正电源（如+5V)黄（白）色线--------控制信号线（脉宽信号）图五+5V控制信号（PWM)单片机控制舵机的方法在51单片机中，可由定时器中

5、断的方式来实现。控制方式为：改变定时器中断的定时系数，将20毫秒分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时中断。图六舵机使用几个注意点：舵机安装连接控制角度的摇杆，因为机械结构的原因，摇杆的初始0度角，与舵机的机械0度角，一般并不重合。在使用时要进行修正。舵机输出的控制角一般精度较高，但由于其控制的机械装置精度并不高，（如模型车、步行机械人）所以要达到较理想的控制位置，除了仔细调整机械装置外，可由软件进行修正。机械装置在组装完成后，在工作范围内应无卡死，或阻力过大的情况发生，才可进行软件硬件连调。当舵机

6、通电情况及不通电的情况下，不要手动强行改变其位置。用于控制汽车转弯控制时，应避免汽车的撞击。以免损坏内部的塑料传动齿轮。舵机供电电压的波动会引起舵机的抖动，因此舵机电压应非常稳定。要特别注意，绝不可加载让伺服马达输出位置超过±60o的脉冲信号，否则会损坏伺服马达的输出限位机构或齿轮组等机械部件。在车模转弯应用中，为了提高响应时间，可加长摇杆长度。在工作电压范围内，适当选择较高的工作电压，也可提高响应时间。华北电力大学自动化系热工控制实验室王炳谦