总线舵机控制原理

CAN总线控制舵机毕业论文

目录

摘 要 .................................................... 错误！未定义书签。 ABSTRACT .................................................. 错误！未定义书签。 1 引言 ..................................................................... 3 1.1选题目的及意义 .......................................................... 3 1.2现场总线的发展趋势 ...................................................... 3 1．3本次选题的工作内容及任务 ............................................... 4 1.4本次设计的先进性 ........................................................ 4 1.5 本章小结 .........

目录

一．舵机PWM信号介绍 ............................................................................................................... 1

1．PWM信号的定义 .............................................................................................................. 1 2．PWM信号控制精度制定 .................................................................................................. 2 二．单舵机拖动及调速算法 ........................................................................................................... 3

1．舵机为随动机构 ............................

现场网络

1、CAN总线的主要技术特点、技术规范、报文帧类型、帧结构、网络控制体系以及常见的CAN通信控制器 主要技术特点:

?CAN网络上的节点不分主从

–任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，通信方式灵活 ?CAN采用非破坏性的总线仲裁技术 -载波监听多路访问、逐位仲裁 -先听再讲

-当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间。 ?CAN网络上的节点具有不同的优先级 –可满足对实时性的不同要求

–高优先级的数据可在134微秒内得到传输

?通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发数据，无需专门的“调度”

?CAN的直接通信距离

–最远可达10km（速率5kbps以下）；

–通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m）。 ?CAN总线上的节点数决定于总线驱动电路，一般为 –可达110个； ?报文标识符：

–CAN2.0A为2032种

–CAN2.0B扩展帧的报文标识符几乎不受限制 ?CAN为短帧结构，传输时间短，受干扰概率低

?CAN节点具有良好的检错功能，出错率低–节点中均有错误检测、标定和自检能力。

本人学习了一段时间的舵机，将自己所遇到的问题与解决方案和大家分享一下，希望对初学者有所帮助！！！！ 一、 舵机介绍

1、舵机结构

舵机简单的说就是集成了直流电机、电机控制器和减速器等，并封装在一个便于安装的 外壳里的伺服单元。

舵机安装了一个电位器（或其它角度传感器）检测输出轴转动角度，控制板根据电位器 的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。这样的直流电机控制方式叫闭环控制，所以舵机更准确的说是伺服马达，英文 servo。 舵机组成：舵盘、减速齿轮、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等。

舵盘

上壳

齿轮组

中壳

电机

控制电路

控制线

下壳

工作原理：控制信号 控制电路板 电机转动 齿轮组减速 舵盘转动 位置反馈电位器 控制电路板反馈

简单的工作原理是控制电路接收信号源的控制信号，并驱动电机转动；齿轮组将电 机的速度成大倍数缩小，并将电机的输出扭矩放大响应倍数，然后输出；电位器和齿轮组的 末级一起转动，测量舵机轴转动角度；电路板检测并根据电位器判断舵机转动角度，然后控 制舵机转动到目标角度或保持在目标角度。

舵机接线方法：三线接线法：（1）黑线（地线）

1、 机器人用电机舵机程序控制原理及其机械原理伺服马达内部结

构

伺服马达内部包括了一个小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。其中，高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低

伺服马达内部结构图

2、伺服马达的工作原理

伺服马达是一个典型闭环反馈系统，其原理可由下图表示：

伺服马达工作原理图

减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达精确定位的目的。

3、如何控制伺服马达

标准的微型伺服马达有三条控制线，分别为：电源、地及控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源，电压通常介于4V—6V之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为伺服马达会产生噪音）。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合

在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。

舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。

图1 舵机的控制要求

舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图1所示。

单片机实现舵机转角控制

可以使用FPGA、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号，但FPGA成本高且电路复杂。对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电压，但是需要50Hz(周期是20ms)的信号，这对运放器件的选择有较高要求，从电路体积和功耗考虑也不易采用。5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载的

测控系统而言，电源和其他器件的信

～2012学年第一学期

业设计（论文）

课题 舵机远距离数字控制

姓名 张吉智 系部 电子信息工程 专业 交通安全与智能控制 班级 10智能交通（1）班 学号1003710107 指导教师 罗云高

武汉交通职业学院教务处制

- 1 -

2011

摘要

现在小型船舶采用的模拟电子控制舵机技术存在传输距离长的情况下，线

路易于受到外部干扰，舵机偏转角度会有不确定的稳定性缺陷，使得这一类设备在远距离控制使用时受到限制。并且反馈电位器长时间磨损和腐蚀也造成舵角控制的不确定。另外模拟电路和电源的漂移，也常使得舵角显示不能够满足使用要求。虽然现在大型船舶大多都使用电动舵轮或者是液压舵了，但是任然是机械式的控制，且反应速度也由人的“灵敏度”所决定，误差范围很大，精确度不高。 本设计以STC89C52单片机作为核心控制器，ARM2148作为辅助控制器，E6B2-CWZ5G作为角度传感器，远程控制舵机的左右偏转 ，并通过主控制器STC89C

PCA9685舵机控制器,有STM32驱动,实现多路舵机控制

1

2

3

4

NLSTM32µç· STM32电路12

COU1 U1PIU1012 VSSA

NL¾§Õñµç·晶振电路13 VDDA PIU1013 VDD_4 VDD_3 VDD_2 VDD_1 VBAT 19 64 PIU1064 48 PIU1048 32 PIU1032PIU1019 PIU101

NLJTAG½Ó¿Ú JTAG接口

NL¶æ»ú¿ØÖÆÆ÷舵机控制器

COU3 U3 NLP0 6 P0 LED0 PIU306 7 NLP1 P1 LED1 PIU307 8 NLP2 P2 LED2 PIU308 9 NLP3 P3 PIU309 LED3 10 P4 NLP4 LED4 PIU3010 11 NLP5 LED5 PIU3011 P5 12 LED6 PIU3012 13 LED7 PIU3013 15 LED8

第10章

船舶舵机的电力拖动不控制

教学目的：掌握舵机电力拖动的特点；操舵方式及原理、性能；自动舵的类型及特点。 教学重点：各种操舵的性能，自动舵的特点。 教学难点：各种操舵的原理。 §10-1 舵机电力拖动与控制的基本要求 §10-2 操舵方式及基本工作原理 §10-3 自动舵的基本类型及其调节规律

§10-4 自动操舵系统基本要求和工作原理

概 述 舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的丏用舾装设备。如果船没有舵或舵失灵，在大海里任凭风浪摆布。无主动航向的船不仅不能保证航行的 安全，而丐是不能到达目的港的。

舵是驾驶人员用来保持或改变船舶在水中运动方向的与用设备。 船舵功能：I. 保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性； II. 改变船舶运动方向的能力，称回转性。

通常把二者统称为船舶的操纵性。

§10-1 舵机电力拖动不控制的基本要求1. 舵机装置 舵机装置由操舵装置、舵机、传动机构和舵叶四部分组成。

1)电动—机械舵机装置(小船) 电动机通过齿轮转动带动舵叶 2)电动—液压舵机装置(远洋船) 电动机(普通长期工作制)通过液压系统转动带动舵叶。

2)舵机电力拖动控制的基本要求(1)工作可靠 供电：

第10章

船舶舵机的电力拖动不控制

教学目的：掌握舵机电力拖动的特点；操舵方式及原理、性能；自动舵的类型及特点。 教学重点：各种操舵的性能，自动舵的特点。 教学难点：各种操舵的原理。 §10-1 舵机电力拖动与控制的基本要求 §10-2 操舵方式及基本工作原理 §10-3 自动舵的基本类型及其调节规律

§10-4 自动操舵系统基本要求和工作原理

概 述 舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的丏用舾装设备。如果船没有舵或舵失灵，在大海里任凭风浪摆布。无主动航向的船不仅不能保证航行的 安全，而丐是不能到达目的港的。

舵是驾驶人员用来保持或改变船舶在水中运动方向的与用设备。 船舵功能：I. 保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性； II. 改变船舶运动方向的能力，称回转性。

通常把二者统称为船舶的操纵性。

§10-1 舵机电力拖动不控制的基本要求1. 舵机装置 舵机装置由操舵装置、舵机、传动机构和舵叶四部分组成。

1)电动—机械舵机装置(小船) 电动机通过齿轮转动带动舵叶 2)电动—液压舵机装置(远洋船) 电动机(普通长期工作制)通过液压系统转动带动舵叶。

2)舵机电力拖动控制的基本要求(1)工作可靠 供电：