Управление сервоприводом стандарта «PPM»  

Адрес документа:

http://90.189.213.191:4422/temp/singular_v3_servo/singular_v3_servo.doc   индекс:2-77-4

Адрес программы:

http://90.189.213.191:4422/temp/singular_v3_servo/singulator_v1.zip         

Вступление:   Предлагается вариант построения системы управления сервоприводами стандарта PPM. Русский перевод ШИМ широтно-импульсная модуляция. Термин используется в дальнейшем изложении. Используются сигналы последовательных портов rs-485, rs-232. Предлагается комбинационная, не программируемая схема расширения количества сигналов управления. Основная цель предложения – снижение «цены вопроса» систем управления. Включить м6 в электронной версии документа.

Содержание:

·         Сигналы  cервопривода стандарта «PPM»-ШИМ;

·         Формирование сингулярных сигналов для создания ШИМ;

·         Необходимость и достаточность скорости сигналов rs-485 для создания ШИМ;

·         Практическая реализация интегратора для управления  сервоприводом.

·         Увеличение количества управляемых сервоприводов от сигналов одного порта. Структурная схема.

·         Тестовое программное обеспечение.

·         Электронные публикации  применения сервоприводов.

·         Литература.

 Сигналы  cервопривода стандарта «PPМ»-ШИМ

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.

 

 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 стандартную паузу  <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.

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.

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://90.189.213.191:4422/temp/temp/test_monsys.zip  и доступна без ограничений. Описание работы с программой приведено в [Л5]

Увеличение количества управляемых сервоприводов от сигналов одного порта. Структурная схема.

Очевидный, но не рентабельный способ увеличения количества сервоприводов – наращивать по подобию. Показано на рисунке 4. Вроде бы, USB портов сегодня много и можно поставить расширители портов.

Однако очевидны и «минусы»  простого копирования:

Для  подключения большего количества сервоприводов от одного последовательного порта связи rs-485 или rs-232 предлагается реализация «расширителя сигналов». Структурная схема представлена на рисунке 5.

 

Данная схема представлена для 4-х сервоприводов. Для практических задач автором подготовлена схема с 8-ю выходными триггерами, которая отличается лишь большим количеством дешифраторов и триггеров.

Назначение элементов схемы «расширителя сигналов»:

Историческая аналогия. Предложенная схема подобна принципу работы старт-стопного телеграфного аппарата.

      

Однако, необходимо отметить что существуют и другие методы выделения информации из последовательно передаваемых  импульсов, но автор выбрал старый классический метод старт-стопного сигнала. Описание  принципиальной схемы расширителя сигналов для 8-ми выходов выходит за рамки текущей темы доклад. Она приводиться на сайте автора в другом разделе.

Тестовое программное обеспечение.

Программу управления  singulator_v1.zip  находится на   сайте автора [Л7].  Полную программу с  текстом, компилятором и библиотеками можно скачать на первом, входном окне сайта по адресу http://www.shabronov.narod.ru/   Раздел сингулярного управления находиться в тестах раздела rs-485.  Файлы библиотеки test_rs485_v1.f   singulator_v1.f   singulator_v1_ini.f     Для подключения и компиляции из текста в приложение  необходимо установить переменные управления, которые находятся в начале библиотек и имеют подробные комментарии.

При первом запуске программа проверит,  есть ли файл инициализации режимов работы и если не найдет остановиться и предложит выбрать режимы. Показано ниже на скане экрана.

 

  

     

Файл инициализации содержит комментарии к опциям.  Для других условий эти опции будут другие.  Читать внимательно и  исправлять осторожно! А если что-то напутали, всегда можно восстановить исходный файл.

Электронные публикации  применения сервоприводов.

·         Управление поворотом web-камеры.  Поворотная вебкамера на Arduino

      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: URL: 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 без схемы расширения  URL:   http://www.shabronov.narod.ru/temp/tenis_bam_v4/

6.       Описание стандарт PPM. URL: http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/2625/

7.       Программа управления сервоприводами с использованием схемы расширения URL: http://90.189.213.191:4422/temp/singular_v3_servo/singulator_v1.zip

Дата документа: 8 октября 2015 года г. Новосибирск,   :  

Автор: Шабронов Андрей Анатольевич,  аспирант кафедры ТЭ СибГУТИ , тел. +7-913-905-8839, e-mail: shabronov@ngs.ru