舵机详解

Gamila ·

更新时间:2024-11-13

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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。如何审慎地选择经济且合乎需求的舵机，也是一门不可轻忽的学问。
[百度百科]

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机器人中已经得到了普遍应用。
舵机是船舶上的一种大甲板机械。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。
在航天方面，舵机应用广泛。航天方面，导弹姿态变换的俯仰、偏航、滚转运动都是靠舵机相互配合完成的。舵机在许多工程上都有应用，不仅限于船舶。

结构

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舵机在机器人技术中非常有用。如上图所示，这些马达体积很小，它们内置了控制电路。标准舵机系统，如Futaba S-148有42盎司/英寸的扭矩（相当于1.2千克的扭矩），对于它的体积来说，已经非常强大了。它还可以根据负载的变化调整功率。因此，负载较轻的舵机系统不会消耗太多的能量。舵机的内部结构如上图所示。你可以看到控制电路，马达，一组齿轮，还有外壳。你还可以看到连接外部的3根连线。

伺服电机的比例控制

那么，舵机是如何工作的呢?舵机有一些控制电路和一个电位器(一个可变电阻)，连接到输出轴。在上面的图片中，可以看到可变电阻在电路板的左边，三根红线连接处。可变电阻允许控制电路监控伺服电机的电流角度。如果轴的角度正确，则电机关闭。如果电路发现角度不正确，将电机转到正确的方向，直到角度正确。伺服系统的输出轴可以移动180度左右。

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如何控制伺服电机的角度？

如何控制伺服电机转向的角度呢?控制线用来传达角度信号。角度是由施加在控制导线上的脉冲的持续时间决定的。这叫做脉冲编码调制。伺服系统期望每20毫秒看到一个脉冲（.02秒)。脉冲的长度将决定电机转多远距离。

例如，1.5毫秒的脉冲将使电机转到90度位置(通常称为中性位置)。如果脉冲小于1.5 ms，则电机将轴向接近0度。如果脉冲大于1.5ms，则轴向180度方向旋转。

详细可查阅：舵机角度的控制原理
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如上图所示，脉冲的持续时间决定了输出轴的角度。注意这里的时间是说明性的，实际的时间取决于电机制造商。然而，原理是一样的。

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stm32驱动舵机程序

stm32舵机驱动源程序如下:

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "timer.h"
u16 led0pwmval;
int main(void)
{               
        delay_init();                     //延时函数初始化         
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);          //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
        uart_init(115200);         //串口初始化为115200
         LED_Init();                             //LED端口初始化
         TIM2_PWM_Init(1999,719);        //100Khz的计数频率，计数到2000为20ms   
          while(1)
                        {
           LED1=0;         
                                                                                 TIM_SetCompare3(TIM2,50);
                    delay_ms(5000);                                         //延时多久很重要，自己一点点试。
                                                       //延时多久很重要，自己一点点试。
        }
                        }

main函数程序

#include "timer.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
//V1.1 20120904
//1,增加TIM3_PWM_Init函数。
//2,增加LED0_PWM_VAL宏定义，控制TIM3_CH2脉宽                                                                          
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
//通用定时器3中断初始化
//这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M
//arr：自动重装值。
//psc：时钟预分频数
//这里使用的是定时器3!
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
  TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值         计数到5000为500ms
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  10Khz的计数频率  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
        TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中断
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先占优先级0级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
        TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外设
}
//定时器3中断服务程序
void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断
{
        if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源
                {
                TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源
                LED1=!LED1;
                }
}
//TIM3 PWM部分初始化
//PWM输出初始化
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
        TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);        //使能定时器3时钟
         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
//GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM2, ENABLE); //Timer3部分重映射  TIM3_CH2->PB5   
   //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形        GPIOB.5
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //TIM_CH2
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
   //初始化TIM3
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
        //初始化TIM3 Channel2 PWM模式         
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
        TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC2
        TIM_OC3PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器
        TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  //使能TIM3
}

32代码引自>>单片机论坛»论坛›电子技术分类讨论区›资料共享›stm32舵机驱动例程http://www.51hei.com/bbs/dpj-150290-1.html

arduino驱动舵机程序

#include 
Servo myservo;  // 定义Servo对象来控制
int pos = 0;    // 角度存储变量
void setup() {
  myservo.attach(9);  // 控制线连接数字9
}
void loop() {
  for (pos = 0; pos = 0; pos --) { // 从180°到0°
    myservo.write(pos);              // 舵机角度写入
    delay(10);                       // 等待转动到指定角度
  }
}

作者：James Bin

舵机

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