详细的的舵机控制原理资料.doc

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 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： 不用随时接收指令，减少CPU的疲劳程度； 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： 上升沿最少为0.5mS，为0.5mS---2.5mS之间； 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； 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。 2．PWM信号控制精度制定 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 二．单舵机拖动及调速算法 1．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。 （1）HG14-M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：PWM信号 = 1度/8us； 角度 0 45 90 135 180 N 0 3E 7D BB FA PWM 0.5ms 1ms 1.5ms 2ms 2.5ms （2）HG14-M舵机的运动协议 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。 2．目标规划系统的特征 （1）舵机的追随特性 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； 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。 （2）舵机ω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