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舵机的概念:
舵机,是指在自动驾驶仪中操纵飞机舵面(操纵面)转动的一种执行部件。分有:①电动舵机,由电动机、传动部件和离合器组成。接受自动驾驶仪的指令信号而工作,当人工驾驶飞机时,由于离合器保持脱开而传动部件不发生作用。②液压舵机,由液压作动器和旁通活门组成。当人工驾驶飞机时,旁通活门打开,由于作动器活塞两边的液压互相连通而不妨害人工操纵。此外,还有电动液压舵机,简称“电液舵机”。 舵机的大小由外舾装按照船级社的规范决定,选型时主要考虑扭矩大小。 舵机的结构 舵机主要是由外壳、电路板、驱动马达、减速器与位置检测元件所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机,经由电路板上的 IC驱动无核心马达开始转动,透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回讯号,判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻,当舵机转动时电阻值也会随之改变,藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上,当电流流经线圈时便会产生磁场,与转子外围的磁铁产生排斥作用,进而产生转动的作用力。依据物理学原理,物体的转动惯量与质量成正比,因此要转动质量愈大的物体,所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小,于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体,形成一个重量极轻的无极中空转子,并将磁铁置於圆柱体内,这就是空心杯马达。 为了适合不同的工作环境,有防水及防尘设计的舵机;并且因应不同的负载需求,舵机的齿轮有塑胶及金属之区分,金属齿轮的舵机一般皆为大扭力及高速型,具有齿轮不会因负载过大而崩牙的优点。较高级的舵机会装置滚珠轴承,使得转动时能更轻快精准。滚珠轴承有一颗及二颗的区别,当然是二颗的比较好。目前新推出的 FET 舵机,主要是采用 FET(Field Effect Transistor)场效电晶体。FET 具有内阻低的优点,因此电流损耗比一般电晶体少。 无刷舵机: 无刷电机中,换相的工作交由控制器中的控制电路(一般为霍尔传感器+控制器,更先进的技术是磁编码器)来完成。 无刷电机采取电子换向,线圈不动,磁极旋转。无刷电机,是使用一套电子设备,通过霍尔元件,感知永磁体磁极的位置,根据这种感知,使用电子线路,适时切换线圈中电流的方向,保证产生正确方向的磁力,来驱动电机。消除了有刷电机的缺点。 这些电路,就是电机控制器。无刷电机的控制器,还可以实现一些有刷电机不能实现的功能,比如调整电源切换角,制动电机,使电机反转,锁住电机,利用刹车信号,停止给电机供电。现在电瓶车的电子报警锁,就充分利用了这些功能。 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。 数字舵机和模拟舵机的区别: 数字舵机的控制电路比模拟舵机多了微处理器和晶振。 不要小看这一点改变,它对提高舵机的性能有着决定性的影响。数字舵机与模拟舵机的不同主要体现在以下两个方面: 处理接收机的输入信号的方式,数字舵机只需发送1次PWM信号就能保持在规定的某个位置zd,而模拟舵机是需要多次发送PWM信号才能够保持在规定的位置上,实现对舵机的控制,按照规定的要求进行的速度进行转动。 控制舵机马达初始电流的方式,数字舵机减少无反应区(对小量信号无反应的控制区域),增加分辨率以及产生更大的固定力量。 模拟舵机在空载时,没有动力被传到舵机马达。当有信号输入使舵机移动,或者舵机的摇臂受到外力的时候,舵机会作出反应,向舵机马达传动动力(电压)。这种动力实际上每秒传递50次,被调制成开/关脉冲的最大电压,并产生小段小段的动力。当加大每一个脉冲的宽度的时候,如电子变速器的效能就会出现,直到最大的动力/电压被传送到马达,马达转动使舵机摇臂指到一个新的位置。然后,当舵机电位器告诉电子部分它已经到达指定的位置,那么动力脉冲就会减小脉冲宽度,并使马达减速。直到没有任何动力输入,马达完全停止。 模拟舵机的1个“缺点” 假设一个短促的动力脉冲,紧接着很长的停顿,并不能给马达施加多少激励,使其转动。这意味着如果有一个比较小的控制动作,舵机就会发送很小的初始脉冲到马达,这是非常低效率的。这也是为什么模拟舵机有“无反应区”的存在。比如说,舵机对于发射机的细小动作,反应非常迟钝,或者根本就没有反应。 数字舵机的2个“优势” 1、数字舵机是新型时代出现的舵机,因此数字在反应速度方面与模拟舵机相比是由优势的。因为微处理器的关系,数字舵机可以在将动力脉冲发送到舵机马达之前,对输入的信号根据设定的参数进行处理。这意味着动力脉冲的宽度,就是说激励马达的动力,可以根据微处理器的程序运算而调整,以适应不同的功能要求,并优化舵机的性能。 2、数字舵机以高得多的频率向马达发送动力脉冲。就是说,相对与传统的50脉冲/秒,现在是300脉冲/秒。虽然,以为频率高的关系,每个动力脉冲的宽度被减小了,但马达在同一时间里收到更多的激励信号,并转动得更快。这也意味着不仅仅舵机马达以更高的频率响应发射机的信号,而且“无反应区”变小;反应变得更快;加速和减速时也更迅速、更柔和;数字舵机提供更高的精度和更好的固定力量。 |
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