舵机的速度 |
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舵机的速度
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■ 舵机的性能 舵机 在自动控制场合被广泛应用。舵机的输出力矩、转动速度、命令更新频率等标准了舵机的工作性能。在 全国大学生智能车竞赛中 ，大多数车模作品的方向控制都使用了舵机控制。在赛道上运行的车模速度，在 控制参数设置 合理的情况下，最高速度取决于舵机的响应速度。 通常，舵机的运行取决于 舵机特有的脉冲指令高电平时间宽度 ，而与脉冲指令的频率无关。所以控制舵机的脉冲波形与扫之电机运行的PWM波形的作用是不同的。 舵机内部具有驱动电路板，保证输出角度与脉冲指令的宽度之间呈现比例关系。舵机输出转角速度则取决于舵机本身内部机械结构、电机的性能、工作电压等各种因素。
由于舵机的转速与指令无关，所以从本质上讲， 舵机不是一个线性模型 。当舵机转动角度越大，它的动态非线性就越明显。 01舵机转动速度与工作电压 舵机的转动速度越快，在智能车竞赛中车模控制性能就会越好。正好手边测试了一个 角度编码器 ST-3806-15-RS ，它有每周15bit的角度分辨率。这款角度编码器用于一款 双轴机械臂 的控制中。现在正好可以用它来测试舵机转动的角度、角速度。依次来分析舵机工作电压与执行速度之间的关系。 1.测量方法选择S-D5舵机，使用橡胶套管将舵机输出轴与角度编码器连接在一起。使用机械平台将它们固定、共轴。使用 角度编码器 ST-3806-15-RS 测试电路模块来读取角度传感器的数值，控制多级的转动。
给定舵机脉冲指令，从1000us突变到2000us。舵机顺时针旋转60°。在这个过程中，采集角度的速率为3ms，读取200个。得到的角度曲线如下： 取角度上升线性部分（距离最下，最上各5%的余量），进行线性拟合。再计算拟合直线与最小角度、最大角度对应的时间交点。使用这个交点之间的时间差作为舵机的执行时间。执行时间的倒数可以反映舵机输出角速度。
下面使用数控直流电源调节舵机工作电压，从4.0V ~ 6V，分成20个工作电压点。在每个工作电压点，测量舵机的转动曲线，使用上面的方法，获得舵机的转动时间。
下图给出了舵机转动时间与工作电压测量的数据曲线。工作电压越高，舵机执行时间就越短。
将上述时间取倒数（1000/time(ms)），可以获得下面的舵机转动相对速度与工作电压之间的关系。大体可以看到舵机执行速度与工作电压成正比。
02分析结论 通过前面的分析可以看出： 为了提高多级的执行速度，可以在舵机允许的工作电压范围内尽可能提高舵机的工作电压；为了避免高的工作电压对舵机内部的电路过压的影响，需要在舵机工作电源进行必要的限幅和稳压。在舵机工作过程中，如果频繁的转动，需要考虑到舵机散热；
※ 测量代码 #!/usr/local/bin/python # -*- coding: gbk -*- #============================================================ # TEST1.PY -- by Dr. ZhuoQing 2020-09-14 # # Note: #============================================================ from headm import * from tsmodule.tsstm32 import * from scipy.optimize import curve_fit from tsmodule.tsvisa import * from tsmodule.tsdraw import * dp1308open() #------------------------------------------------------------ def linearf(x, a, b): return a*x+b def ServoAngle(): stm32cmd('CLEAR') stm32cmd('servoa') time.sleep(3) return stm32memo(1) def rottime(angle): maxangle = max(angle) minangle = min(angle) timedim = linspace(0, len(angle) * 3, len(angle) * 3, endpoint=False) deltaangle = maxangle-minangle angle = array(angle) startangle = minangle + deltaangle * 0.05 endangle = maxangle - deltaangle * 0.05 startid = list(angle>startangle).index(True) endid = list(angle>endangle).index(True) angle1 = angle[startid:endid+1] time1 = timedim[startid:endid+1] param = (100, 0) param, conv = curve_fit(linearf, time1, angle1, p0=param) anglefit = linearf(time1, *param) starttime = (minangle - param[1]) / param[0] endtime = (maxangle - param[1]) / param[0] return endtime - starttime #------------------------------------------------------------ setv = linspace(4, 6, 20) timedim = [] voltagedim = [] pltgif = PlotGIF() for v in setv: dp1308p6v(v) time.sleep(1) angle = ServoAngle() tspsave('sample1', angle=angle) rotatetime = rottime(angle) printf(rotatetime) voltagedim.append(v) timedim.append(rotatetime) tspsave('time', voltagedim = voltagedim, timedim=timedim) td = linspace(0, len(angle)*3, len(angle), endpoint=False) plt.clf() plt.plot(td, angle) plt.xlabel("Time(ms)") plt.ylabel("Angle") plt.grid(True) plt.tight_layout() plt.draw() plt.pause(.1) pltgif.append(plt) dp1308p6v(5) pltgif.save(r'd:\temp\1.gif') printf('\a') #------------------------------------------------------------ # END OF FILE : TEST1.PY #============================================================ ■ 相关文献链接: S-D5舵机拆开看一看 全国智能车竞赛的“变”中有“进” 方向控制中的动态比例值-P 舵机的脉冲指令的频率对于舵机运动影响 舵机建模仿真 角度编码器 ST-3806-15-RS 双轴机械臂位置闭环控制：STC8H1K28，42HS48EIS,BH32 |
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