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