舵机工作原理与控制技术

"这篇内容主要介绍了舵机的工作原理及其在航模中的应用，特别是强调了PWM信号对舵机位置控制的重要性以及BA6688芯片在防止过冲现象中的作用。" 舵机是航空模型（航模）和其他自动化控制系统中常见的组件，其基本功能是根据接收到的指令精确地转动到预设位置。一个标准舵机通常有三条导线，分别是电源线、地线和控制线。电源线和地线为舵机内部的直流电机和控制电路提供4到6伏特的电压，通常选择5伏特。控制线则接收宽度可调的周期性方波脉冲信号，这种信号的周期固定为20毫秒，频率为50赫兹。 舵机的核心是PWM（脉冲宽度调制）信号，它通过改变脉冲宽度来控制舵机转轴的角度。脉冲宽度的变化与舵机转动的角度成正比。例如，某个型号的舵机，其输出轴转角会随着输入信号脉冲宽度的不同而改变，并且这种关系可以通过图形直观表示出来。 以FUTABA-S3003型舵机为例，它的内部电路包含BA6688信号解调电路，该电路将PWM信号解调为直流偏置电压，然后与电位器的电压进行比较。比较后的电压差驱动电机正反转。电机通过减速齿轮组连接电位器，当电机转动时，电位器会随之旋转，直至电压差为零，此时电机停止，舵机停留在特定位置。 BA6688芯片的一个关键特性是EMF（电动势反向）控制，这有助于防止电机过冲。在接收到脉冲后，BA6688内部会产生一个基于5K电位器电压的脉冲，两个脉冲比较后展宽，用于驱动电机。当电机速度达到一定程度，它会产生与转速成正比的电动势。如果电动势超过预设阈值，BA6688会减少脉冲展宽，甚至关闭输出，使电机减速或停止，从而避免过冲现象，确保舵机稳定。 然而，一些廉价的国产舵机可能使用没有EMF控制功能的芯片，这可能导致电机因机械惯性而过冲，引起舵面抖动。因此，选择具备EMF控制的舵机对于系统的稳定性和精度至关重要。 舵机的规格通常包括扭矩和速度两个主要参数，扭矩单位通常以盎司-英寸或公斤-厘米表示。在航模中，舵机的性能直接影响飞行控制的精度和稳定性。因此，理解舵机的工作原理和正确使用是确保模型性能的关键。