УДК 620.92
Сингулярная
модель
управления
сервоприводом
А. А. Шабронов
shabronov@ngs.ru
В данной
работе
показано использование
управления сервоприводом
с
позиционированием
угла
установки в
стандарте PPM.
Приведено
описание
формирования
сингулярных
сигналов
широтно-импульсной
модуляции
для
управления
сервоприводом.
Это
позволяет
уменьшить
затраты на
разработку
аппаратного
сопряжения и
использовать
широко
распространенный
программно-аппаратный
протокол обмена
rs-485.
Ключевые
слова: rs-485, ШИМ
управление,
сервоприводы,MG946R, MD922,
стандарт PPM, Towardpro
1. Сигналы cервопривода стандарта PPM
У сервопривода
на вход подается
прямоугольный
импульс, длительность
которого определяет
угол
поворота вала.
Значение,
через
которое
повторяются
импульсы, в
стандарте PPM – 20
миллисекунд.
Длительность
меняется от >1 до <2
миллисекунд. [Л6]
Для
установки в
требуемый
угол
необходимо
сформировать
сигнал с
периодом 10…20
мс и
требуемой
длительности.
Отметим, что
период
допускается от 10 до 20 мс,
а точность
импульса
максимально
точно определяет
установку
угла вала. Важно!
Допускаемая
погрешность
периода
позволяет
использовать
для
формирования
сигналов
задержки
операционные
системы с
многозадачностью.
Например,
систему Windows.
2. Формирование
сингулярных
сигналов для
создания ШИМ
·
Сингуля́рность от лат.
singularis —
единственный,
особенный:
сингулярность
в философии
(от лат.
singularis —
единственный)
—
единичность
существа, события,
явления;
Для
формирования
требуемого
сигнала ШИМ
от rs-485
передаем
коды сигнала x00 (0000-0000
битовая
запись) в
количестве,
равном
длительности
требуемого
импульса.
Затем задаем
паузу
до
стандартных 20мс.
И снова
передаем то
же
количество сигналов.
Получаемая
последовательность
сигналов
интегрируется
RC-цепью и
через
компаратор,
который
формирует
крутые
фронты
импульса,
поступает на
вход
сервопривода.
На
рисунке 2
приведена
последовательность
из 1-го и 4-х байт x00 и
показано интегрированное
значение
тока. По оси X - отображаем
время, а по
оси Y - значение
напряжения
на выводе D-
относительно
корпуса. Этот
вывод в
исходном
состоянии
имеет
значение
логического
нуля.
3. Необходимость
и
достаточность
скорости
сигналов rs-485 для
создания ШИМ
Для
скорости 115200 бит
в секунду, длительность
одной
посылки кода x00 равна
одному
тактовому
интервалу 8,6 мкс
умноженному
на 9. Итого 77,4
мкс. Две
посылки кода x00
сформируют
интегрированный
импульс
примерно в 160 мкс.
Точность
позиционирования
определяется
как разница
между
максимальной
и
минимальной
длительностью
импульса,
деленная на
длительность
одного передаваемого
кода. Для более
широких
условий и
разных моделей
сервоприводов
установим
Тмин=300 мкс,
Тмакс=2500 мкс.
Получаем (2500-300)/77,4=
28
шагов итераций. Это
означает, что
сектор в 180
градусов мы
можем
установить в
28 позиций.
Вывод:
скорости в 115200 бит
в секунду
достаточно,
но мало для
формирования
сигнала ШИМ и
качественного
и точного управления
сервоприводом.
Однако,
современные USB-rs-485 адаптеры
работают на
скоростях до 3
мбит в секунду.
Это и
позволяет их
использовать
для
формирования
сигналов
управления
ШИМ
сервоприводов
[Л3],[Л4]
Например,
для скорости
2 400 000 бит в секунду
тактовый
интервал
равен 416 нс.
Длительность
интегрированного
импульса для
одного кода x00 равна
416*9= 3,7 мкс. Получаем
(2500-300)/3,7= 594
шага
итераций. Это означает,
что сектор в 180
градусов мы можем
установить в
594 позиции, т.е.
менее 1-го градуса,
что подходит
для многих
задач
сервоприводов.
4. Практическая
реализация
интегратора
для
управления сервоприводом.
Схема управления сервоприводом от компьютера через порт usb представлена на рисунке 3.
Питание
микросхемы
интегратора,
сервопривода
и
адаптера usb-rs-485 допускается
выполнять
непосредственно
от USB-порта.
Однако, необходимо
учитывать,
что
максимальный
потребляемый
ток от USB равен 0,5
ампера. Указанные
параметры RC-цепи R1,C1 соответствуют
скорости
сигнала 2 400 000
бит в секунду.
Элементы
ТТЛ логики
2и-не
ИМС-1
выполняют
одновременно
и задачу
компаратора
для формирования
сигнала
среднего
(интегрированного)
тока. На
выводе 6 ИМС-1
создаются
импульсы с
крутыми
фронтами,
которые
поступают на вход
сервопривода.
Программа
управления
для
операционной
системы Windows,
использующая
данный метод,
размещена на
сайте
автора
по адресу: http://shabronov_s2.dyn-dns.ru/temp/temp/test_monsys.zip и
доступна без
ограничений.
Описание
работы с
программой
приведено в [Л5]
Дано управление
сервоприводом,
для решения
задачи
управления
спортивными
тренажерами.
Другие
применения: управление
поворотом web-камеры,
управление в
системах
«умный дом», робототехника,
игрушки и
модели, тестирование
различных
модификаций
сервоприводов
и т.п.
Литература
1.
Описание
стандарта rs-485
[Электронный
ресурс]. URL:
http://ru.wikipedia.org/wiki/RS-485
2.
Интерфейсы
rs-485
[Электронный
ресурс]. URL: http://www.bookasutp.ru/Chapter2_3.aspx
3.
Адаптер usb-rs-485
используемый
в схеме: http://mysku.ru/blog/ebay/21100.html
4.
Описание
конверторов
интерфейсов usb-rs-485. URL: http://icbcom.ru/store/converters/icb-usb-02.html
5.
Описание
работы с
программой
управления
сервоприводом URL: http://90.189.213.191:4422/temp/tenis_bam_v4/
6.
Описание
стандарт PPM. URL: http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/2625/
Дата
документа: 9
марта 2015 года г.
Новосибирск
Электронный
адрес: http://90.189.213.191:4422/temp/servoprivod_v1/servoprivod_v1.doc
Автор
Шабронов
Андрей
Анатольевич, аспирант
кафедры ТЭ
СибГУТИ , тел.
+7-913-905-8839, e-mail: shabronov@ngs.ru