想必大家對舵機都不會很陌生,尤其是玩航模的朋友們。舵機在航模中,尤其是固定翼航模和船模中起到重要的作用,飛機的轉向和起飛降落都要靠着舵機控制副翼正反旋轉。這就需要舵機的牽引。

舵機結構

舵機也被稱爲微型伺服電機。舵機結構比較簡單,總的來說,由一個小型的直流電機(小馬達)和一組減速齒輪,加上電位器(與齒輪減速器相連,起到位置傳感器的作用),控制電路板(一般包括一個電壓比較器和輸入信號、電源)。

各種各樣的舵機

與步進電機原理不同,它本質上是一個由直流電機和各個部件組成的一套系統。步進電機是靠給定子線圈加電脈衝產生磁場來吸引永磁轉子或對磁阻鐵心定子作用使其旋轉到指定位置。本質上誤差很小,一般不存在反饋控制。而舵機這種微型伺服電機動力來自於直流電機,所以一定會存在一個給直流電機發出指令的控制器,舵機系統中是存在反饋控制的。

舵機內部結構

舵機內部的減速齒輪組輸出齒輪實質上是與一個電位器相連構成位置傳感器,因此這種舵機的轉動角度受電位器轉動角度影響。此電位器兩端接入輸入的電源正負極,滑動端則與轉軸相連,滑片隨轉軸轉動,引起電位器滑片端和電源負極端間的電壓隨轉軸轉動而變化,將此電壓與控制信號一起輸入到電壓比較器(運算放大器)中,運算放大器的電源端接輸入電源。輸入控制信號屬於脈衝寬度調製信號(PWM),通過一箇中期內高電壓所佔比例的大小來改變平均電壓。將此輸入電壓比較器。

PWM調節舵機轉向

通過輸入信號平均電壓和電源位置傳感器電壓比較,譬如說輸入電壓高於位置傳感器電壓則放大器輸出正的電源電壓,若輸入電壓高於位置傳感器電壓則放大器輸出負的電源電壓,即反向電壓。由此來控制直流電動機的正反轉,進而通過輸出減速齒輪組來控制舵機轉動。就像上圖一樣。如果不將電位器和輸出齒輪聯軸綁定,那麼可以與減速齒輪組的其他軸聯軸,通過控制齒比來實現舵機更大範圍如360°的轉動等,並且這樣可能會造成更大的誤差,但不會產生累積誤差(即誤差隨轉動角度增加而增加)。

舵機被應用在很多場合

舵機由於結構簡單、成本低,所以被應用在很多場合,不僅限於航模。還被用於各種機械臂、機器人或自動門上。可以實現機械的各種動作。對精度要求高的領域或者需要大轉矩大負載的領域還有專門的大扭矩高精度舵機以供使用。舵機的大小由外舾裝按照船級社的規範決定,選型時主要考慮扭矩大小。如何審慎地選擇經濟且合乎需求的舵機,也是一門不可輕忽的學問。

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