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機器人模擬舵機和數碼舵機的區別

機器人模擬舵機和數碼舵機的區別

2013/10/9 13:29:49
模擬舵機和數碼舵機的區別

傳統模擬舵機和數字比例舵機(或稱之為標準舵機)的電子電路中無MCU微控制器,一般都稱之為模擬舵機。老式模擬舵機由功率運算放大器等接成惠斯登電橋,根據接收到模擬電壓控制指令和機械連動位置傳感器(電位器)反饋電壓之間比較產生的差分電壓,驅動有刷直流電機伺服電機正/反運轉到指定位置。數字比例舵機是模擬舵機最好的類型,由直流伺服電機、直流伺服電機控制器集成電路(IC),減速齒輪組和反饋電位器組成,它由直流伺服電機控制芯片直接接收PWM(脈沖方波,一般周期為20ms,脈寬1~2 ms,脈寬1 ms為上限位置,1.5ms為中位,2ms為下限位置)形式的控制驅動信號,迅速驅動電機執行位置輸出,直至直流伺服電機控制芯片檢測到位置輸出連動電位器送來的反饋電壓與PWM控制驅動信號的平均有效電壓相等,停止電機,完成位置輸出。
    
數碼舵機電子電路中帶MCU微控制器故俗稱為數碼舵機,數碼舵機憑借比之模擬舵機具有反應速度更快,無反應區范圍小,定位精度高,抗干擾能力強等優勢已逐漸取代模擬舵機在機器人、航模中得到廣泛應用。
    
數碼舵機設計方案一般有兩種:一種是MCU+直流伺服電機+直流伺服電機控制器集成電路(IC)+減速齒輪組+反饋電位器的方案,以下稱為方案1,另一種是MCU+直流伺服電機+減速齒輪組+反饋電位器的方案,以下稱為方案2。市面上加裝數碼驅動板把模擬舵機改數碼舵機屬方案1。


數碼舵機和模擬舵機的速度差別

 很多模友錯誤以為:“數碼舵機的PWM驅動頻率300Hz比模擬舵機的50Hz高6倍,則舵機電機轉速快6倍,所以數碼舵機的反應速度就比模擬舵機快6倍” 。這里請大家注意占空比的概念,脈寬為每周期有效電平時間,占空比為脈寬/周期的百分比,所以大小與頻率無關。占空比決定施加在電機上的電壓,在負載轉矩不變時,就決定電機轉速,與PWM的頻率無關。
    
模擬舵機是直流伺服電機控制器芯片一般只能接收50Hz頻率(周期20ms)~300Hz左右的PWM外部控制信號,太高的頻率就無法正常工作了。若PWM外部控制信號為50Hz,則直流伺服電機控制器芯片獲得位置信息的分辨時間就是20ms,比較PWM控制信號正比的電壓與反饋電位器電壓得出差值,該差值經脈寬擴展(占空比改變,改變大小正比于差值)后驅動電機動作,也就是說由于受PWM外部控制信號頻率限制,最快20ms才能對舵機搖臂位置做新的調整。
    
數碼舵機通過MCU可以接收比50Hz頻率(周期20ms)快得多的PWM外部控制信號,就可在更短的時間分辨出PWM外部控制信號的位置信息,計算出PWM信號占空比正比的電壓與反饋電位器電壓的差值,去驅動電機動作,做舵機搖臂位置最新調整。
    
結論:不管是模擬還是數碼舵機,在負載轉矩不變時,電機轉速取決于驅動信號占空比大小而與頻率無關。數碼舵機可接收更高頻率的PWM外部控制信號,可在更短的周期時間后獲得位置信息,對舵機搖臂位置做最新調整。所以說數碼舵機的反應速度比模擬舵機快,而不是驅動電機轉速比模擬舵機快。

數碼舵機和模擬舵機的盲區比較

根據上述對模擬舵機的分析可知模擬舵機約20ms才能做一次新調整。而數碼舵機以更高頻率的PWM驅動電機。PWM頻率的加快使電機的啟動/停止,加/減速更柔和,更平滑,更有效的為電機提供啟動所需的轉矩。就象是汽車獲得了更小的油門控制區間,則啟動/停止,加/減速性能更好。所以數碼舵機的無反應區比模擬舵機小。
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