Сервопривод. основы

Процесс рекуперации

Зачастую запускается при переключении режимов работы сервомотора: что это такое? Это возвратная энергия, которая выделяется при смене знака (направления движения) относительно вращающего момента. Обычно она не слишком большая, но все равно собирается на конденсаторах, увеличивая, таким образом, напряжение на звене постоянного тока.

В тех же случаях, когда данное неравенство абсолютных значений достигнет серьезной отметки, пороговый уровень емкости шины будет пробит. И тогда все излишки будут сброшены в тормозной резистор.

Мы постарались рассмотреть все особенности данных механизмов и подчеркнуть удобство и перспективность их использования. Предлагаем также взглянуть на схемы сервоприводов, фото и видеоролики на эту тему – чтобы вы могли дополнить свое представление.

Виды

Сервоприводы вращательного движения. Чаще всего используются в полиграфических, упаковочных станках, авиамоделировании. Делятся на:

синхронные – дают возможность точно задавать степень поворота (с точностью до угловых минут), скорость, ускорение. Достигают максимальных оборотов быстрее асинхронных, дороже их в несколько раз;
асинхронные — позволяют точно выполнять команды скорости даже на малых оборотах.

Сервоприводы линейного движения. Данные устройства могут развивать значительную скорость (до 70 м/с²), что делает их востребованными в автоматах монтажа электронных деталей на печатную плату. Делятся на плоские и круглые модели.

Также сервоприводы классифицируются по принципу действия на электромеханические, где движение обеспечивают мотор и редуктор, и электрогидромеханические, где действует система ил поршня и цилиндра. Вторая группа устройств дает более высокие показатели быстродействия.

Характеристики сервопривода

Рассмотрим основные характеристики сервоприводов.

Крутящий момент

Момент силы или крутящий момент показывает, насколько тяжёлый груз сервопривод способен удержать в покое на рычаге заданной длины. Если крутящий момент сервопривода равен 5 кг×см, то это значит, что сервопривод удержит на весу в горизонтальном положении рычаг длины 1 см, на свободный конец которого подвесили 5 кг. Или, что эквивалентно, рычаг длины 5 см, к которому подвесили 1 кг.

Скорость поворота

Скорость сервопривода — это время, которое требуется выходному валу повернуться на 60°. Характеристика 0,1 с/60° означает, что сервопривод поворачивается на 60° за 0,1 с. Из неё можно вычислить скорость в оборотах в минуту, но так сложилось, что при описании сервоприводов чаще всего используют именно интервал времени за 60°.

Форм-фактор

Сервоприводы различаются по размерам. И хотя официальной классификации не существует, производители давно придерживаются нескольких размеров с общепринятым расположением крепёжных элементов.

Форм-фактор	Вес	Размеры
Микро	8-25 г	22×15×25 мм
Стандартный	40-80 г	40×20×37 мм
Большой	50-90 г	49×25×40 мм

Внутренний интерфейс

Сервоприводы бывают аналоговые и цифровые. Так в чём же их отличия, достоинства и недостатки?

Внешне они ничем не отличаются: электромоторы, редукторы, потенциометры у них одинаковые, различаются они лишь внутренней управляющей электроникой. Вместо специальной микросхемы аналогового сервопривода у цифрового собрата можно заметить на плате микропроцессор, который принимает импульсы, анализирует их и управляет мотором. Таким образом, в физическом исполнении отличие лишь в способе обработки импульсов и управлении мотором.

Оба типа сервопривода принимают одинаковые управляющие импульсы. После этого аналоговый сервопривод принимает решение, надо ли изменять положение, и в случае необходимости посылает сигнал на мотор. Происходит это обычно с частотой 50 Гц. Таким образом получаем 20 мс — минимальное время реакции. В это время любое внешнее воздействие способно изменить положение сервопривода. Но это не единственная проблема. В состоянии покоя на электромотор не подаётся напряжение, в случае небольшого отклонения от равновесия на электромотор подаётся короткий сигнал малой мощности. Чем больше отклонение, тем мощнее сигнал. Таким образом, при малых отклонениях сервопривод не сможет быстро вращать мотор или развивать большой момент. Образуются «мёртвые зоны» по времени и расстоянию.

Эти проблемы можно решать за счёт увеличения частоты приёма, обработки сигнала и управления электромотором. Цифровые сервприводы используют специальный процессор, который получает управляющие импульсы, обрабатывает их и посылает сигналы на мотор с частотой 200 Гц и более. Получается, что цифровой сервопривод способен быстрее реагировать на внешние воздействия, быстрее развивать необходимые скорость и крутящий момент, а значит, лучше удерживать заданную позицию, что хорошо. Конечно, при этом он потребляет больше электроэнергии. Также цифровые сервоприводы сложнее в производстве, а потому стоят заметно дороже. Собственно, эти два недостатка — все минусы, которые есть у цифровых сервоприводов. В техническом плане они безоговорочно побеждают аналоговые сервоприводы.

Коллекторные и бесколлекторные моторы

Существует три типа моторов сервоприводов: обычный мотор с сердечником, мотор без сердечника и бесколлекторный мотор.

Обычный мотор с сердечником (справа) обладает плотным железным ротором с проволочной обмоткой и магнитами вокруг него. Ротор имеет несколько секций, поэтому когда мотор вращается, ротор вызывает небольшие колебания мотора при прохождении секций мимо магнитов, а в результате получается сервопривод, который вибрирует и является менее точным, чем сервопривод с мотором без сердечника. Мотор с полым ротором (слева) обладает единым магнитным сердечником с обмоткой в форме цилиндра или колокола вокруг магнита. Конструкция без сердечника легче по весу и не имеет секций, что приводит к более быстрому отклику и ровной работе без вибраций. Такие моторы дороже, но они обеспечивают более высокий уровень контроля, вращающего момента и скорости по сравнения со стандартными.

Сервоприводы с бесколлекторным мотором появились сравнительно недавно. Преимущества те же что и у остальных бесколлекторных моторов: нет щёток, а значит они не создают сопротивление вращению и не изнашиваются, скорость и момент выше при токопотреблении равном коллекторным моторам. Сервоприводы с бесколлекторным мотором — самые дорогие сервоприводы, однако при этом они обладают лучшими характеристиками по сравнению с сервоприводами с другими типами моторов.

Устройство сервомотора (servo) Arduino

Сервопривод (сервомотор) является важным элементом при конструировании различных роботов и механизмов. Это точный исполнитель, который имеет обратную связь, позволяющую точно управлять движениями механизмов. Другими словами, получая на входе значение управляющего сигнала, сервомотор стремится поддерживать это значение на выходе своего исполнительного элемента.

Что такое сервопривод. Схема устройства сервопривода

Сервоприводы широко используются для моделирования механических движений роботов. Сервопривод состоит из датчика (скорости, положения и т.п.), блока управления приводом из механической системы и электронной схемы. Редукторы (шестерни) устройства выполняют из металла, карбона или пластика. Пластиковые шестерни сервомотора не выдерживают сильные нагрузки и удары.

Управление сервоприводом с помощью широтно импульсной модуляции

Сервомотор имеет встроенный потенциометр, который соединен с выходным валом. Поворотом вала, сервопривод меняет значение напряжения на потенциометре. Плата анализирует напряжение входного сигнала и сравнивает его с напряжением на потенциометре, исходя из полученной разницы, мотор будет плавно вращаться до тех пор пока не выравняет напряжение на выходе и на потенциометре.

Особенности механизма

Устройство сервопривода обладает двумя основными особенностями:

способностью повышать мощность;
обеспечением обратной информационной связи.

Усиление требуется с той целью, что нужная на выходе энергия очень высока (поступает из внешнего источника), а на входе ее показатель незначителен.

Обратная связь — это не что иное, как контур с замкнутой схемой, в котором сигналы не согласованы на входе и выходе. Этот процесс применяется для управления.

Отсюда вытекает вывод: контур при прямом направлении служит передатчиком энергии, а при обратном направлении — передатчиком информации, которая нужна для точности управления.

Элементы сервопривода

Рассмотрим составные части сервопривода.

Электромотор с редуктором

За преобразование электричества в механический поворот в сервоприводе отвечает электромотор. В асинхронных сервоприводах установлен коллекторный мотор, а в синхронных — бесколлекторный.

Однако зачастую скорость вращения мотора слишком большая для практического использования, а крутящий момент — наоборот слишком слабый. Для решения двух проблем используется редуктор: механизм из шестерней, передающий и преобразующий крутящий момент.

Включая и выключая электромотор, вращается выходной вал — конечная шестерня редуктора, к которой можно прикрепить нечто, чем мы хотим управлять.

Позиционер

Для контроля положения вала, на сервоприводе установлен датчик обратной связи, например потенциометр или энкодер. Позиционер преобразует угол поворота вала обратно в электрический сигнал.

Плата управления

За всю обработку данных в сервоприводе отвечает плата управления, которая сравнивает внешнее значения с микроконтроллера со показателем датчика обратной связи, и по результату соответственно включает или выключает мотор.

Выходной вал

Вал — это часть редуктора, которая выведена за пределы корпуса мотора и непосредственно приводиться в движение при подаче управляющих сигналов на сервопривод. В комплектации сервомоторов идут качельки разных формфакторов, которые одеваются на вал сервопривода для дальнейшей коммуникации с вашими задумками.Не рекомендуем прилагать к валу нагрузки, которые больше крутящего момента сервопривода. Это может привести к разрушению редуктора.

Выходной шлейф

Для работы сервопривода его необходимо подключить к источнику питания и к управляющей плате. Для коммуникации от сервопривода выходит шлейф из трёх проводов:

Красный — питание сервомотора. Подключите к плюсовому контакту источнику питания. Значения напряжение смотрите в характеристиках конкретно вашего сервопривода.
Чёрный — земля. Подключите к минусовому контакту источника питания и земле микроконтроллера.
Жёлтый — управляющий сигнал. Подключите к цифровому пину микроконтроллера.

Если сервопривод питается напряжением от 5 вольт и потребляет ток менее 500 мА, то есть возможность обойтись без внешнего источника питания и подключить провод питания сервомотора непосредственно к питанию микроконтроллера.

Существующие виды сервоприводов на сегодняшний день

Среди существующих на сегодняшний день регуляторов, получивших распространение в быту, встречаются следующие сервоприводы. Все приборы можно разделить на несколько видов. Каждая разновидность отличается принципом действия и функционалом. По типу конструкции устройства бывают двух видов:

По названиям можно судить о принципе действия. Для закрытых сервоприводов характерным является открытое положение при отсутствии питания. Поступающие сигнал приводит в действие механическую часть, перекрывая доступ воды в систему. Для устройств открытого вида, принцип действия в обратном порядке. В обычном состоянии сервопривод закрыт, только с поступлением сигнала механическая часть приводится в действие, открывая поступление воды в трубопровод. О том, какой вид лучше подходит для бытового использования, судить вам, оценивая возможности собственной системы обогрева и климатические условия за окном. Чаще всего используются у нас в стране нормально открытые сервоприводы.

По способу питания сервомоторы делятся на приборы, питающиеся постоянным поток напряжением 24В и устройства, подключаемые к обычной электросети переменного тока напряжением 220В. Сервоприводы с питанием в 24В оснащаются инверторами.

Нередко потребители используют еще один, достаточно редкий вид устройств. Речь идет о приборах, которые выставляются в нормальное положение в зависимости от технологических требований отопительной системы. Такие сервоприводы называются универсальными и могут менять функциональность с нормально открытого состояния на нормально закрытое состояние, и наоборот.

Подключить к коллектору можно все три вида сервомоторов. Единственное условие, правильная настройка, балансировка и условия эксплуатации отопительной системы.

Управление сервоприводом

Решающее значение в управлении сервоприводами выполняет управляющий сигнал, который представляет собой импульсы постоянной частоты и переменной ширины. Длина импульса – это один из важнейших параметров, который определяет положение сервопривода. Эту длину можно задать в программе вручную методом подбора через угол или использовать команды библиотеки. Для каждой марки устройства длина может быть различной.

Когда сигнал попадает в управляющую схему, генератор подает свой импульс, длительность которого определяется с помощью потенциометра. В другой части схемы происходит сравнение длительности поданного сигнала и сигнала с генератора. Если эти сигналы разные по длительности, включается электромотор, направление вращения которого определяется тем, какой из импульсов короче. При равенстве длины импульсов мотор останавливается.

Стандартная частота, с которой подаются импульсы, равна 50 Гц, то есть 1 импульс в 20 миллисекунд. При таких значениях длительность составляет 1520 микросекунд, и сервопривод занимает среднее положение. Изменение длины импульса приводит к повороту сервопривода – при увеличении длительности поворот осуществляется по часовой стрелке, при уменьшении – против часовой стрелки. Имеются границы длительности – в Ардуино в библиотеке Servo для 0° установлено значение импульса в 544 мкс (нижняя граница), для 180° — 2400 мкс (верхняя граница).

(Использовано изображение с сайта amperka.ru)

Важно учитывать, что на конкретном устройстве настройки могут несколько отличаться от общепринятых значений. У некоторых устройств среднее положение и ширина импульса может быть равной 760 мкс

Все принятые значения также могут незначительно отличаться из-за погрешности, которая может быть допущена при производстве устройства.

Способ управления приводом часто по ошибке называют PWM/ШИМ, но это не совсем корректно. Управление напрямую зависит именно от длины импульса, частота их появления не так важна. Корректная работа будет обеспечена как при 40 Гц, так и при 60 Гц, вклад внесет только сильное уменьшение или увеличение частоты. При резком спаде сервопривод начнет работать рывками, при завышении частоты выше 100 Гц устройство может перегреться. Поэтому правильнее называть PDM.

По внутреннему интерфейсу можно выделить аналоговые и цифровые сервоприводы. Внешних отличий нет – все различия только во внутренней электронике. Аналоговый сервопривод внутри содержит специальную микросхему, цифровой – микропроцессор, принимающий и анализирующий импульсы.

При получении сигнала аналоговый сервопривод принимает решение, менять или нет положение, и по необходимости подает на мотор сигнал с частотой 50 Гц. За время реакции (20 мс) могут произойти внешние воздействия, которые изменят положение сервопривода, и устройство не успеет среагировать. Цифровой сервопривод использует процессор, который подает и обрабатывает сигналы с большей частотой – от 200 Гц, поэтому он может быстрее отреагировать на внешние воздействия, быстрее развивать нужную скорость и крутящий момент. Следовательно, цифровой сервопривод будет лучше удерживать заданное положение. При этом для работы цифрового сервопривода требуется больше электроэнергии, что повышает их стоимость. Большой вклад в цену делает и сложность их производства. Высокая стоимость – единственный недостаток цифровых сервоприводов, в техническом плане они намного лучше аналоговых устройств.

Подключение сервопривода

Еще до начала монтажа нужно установить, с каким термостатом будет работать сервопривод. Если с помощью термостата осуществляется контроль всего лишь над одним водяным контуром, между обоими приборами устанавливается прямая связь посредством проводников.

Если же используется так называемый мультизональный термостат, контролирующий сразу несколько участков, то его соединение с каждым сервомотором осуществляется через специальный коммутатор теплого пола. С его помощью различные устройства подключаются и соединяются между собой в единую цепь.

Коммутатор выполняет не только связующую и распределительную функции, но и служит предохранителем. Если положение всех отсекающих клапанов будет закрытым, коммутатор автоматически выполнит отключение питания циркуляционного насоса. Это особенно удобно, когда в работе теплых полов принимает участие автономный автоматизированный газовый котел.

Среди многочисленного оборудования, которое участвует в работе систем отопления «теплый пол» можно обнаружить небольшой приборчик, играющий важнейшую роль в управлении и в регулировке отопительной системы. Это сервопривод, электромеханическое устройство, без которого автоматическая регулировка температурного режима для теплого водяного пола не возможна.

В основе прибора лежит электротермическая реакция на изменение температуры нагрева теплоносителя в основной подающей трубе и последующее механическое действие, обеспечивающие в комплексе открытие или закрытие поступление горячей воды в отопительные контуры. Сервоприводы или сервомоторы, официально на языке профессионалов устройство называется сервопривод электротермический, сегодня присутствуют практически во всех автономных системах отопления. Новые загородные жилые постройки, коттеджи и дачи, оборудованные теплыми полами, имеют на оснащении теплый пол, который управляется сервоприводами. Именно сервопривод, устанавливаемый для теплого пола на коллектор, выполняет задачу по регулировке потока теплоносителя в системе отопления водных полов.

Основные производители

На сегодняшний день в лидерах по изготовлению качественных систем водяных тёплых полов с различными характеристиками можно отметить производителей следующих торговых марок.

Luxor.
Valtec.
Watts.
Rehau.
Neptun.
Henco.

Luxor

Оборудование водяных тёплых полов Luxor на рынках России представлено 4-мя типами. Система на базе двух коллекторных балок (возвратной и подающей гребёнки) имеет марку CD 468 с количеством выходов от 3 до 12. Модель CD 477 оснащена расходомерами. Серия моделей CD 468 М имеет шаровые краны, оснащённые датчиками температуры. Ряд систем CD 473 М отличает наличие воздухоотоводчиков и сливных кранов. Системы Люксор чувствительны и требуют постоянного контроля техсостояния оборудования.

Valtec

Фирма полностью переключилась на использование в контурах труб из сшитого полиэтилена. В отличие от простого полиэтилена, молекулы которого не взаимосвязаны, сшитый полимер обладает тесными молекулярными связями, что придаёт изделиям высокую прочность. Недостатком является то, что трубопроводы с трудом сохраняют изгибы петли, приходится их крепить дополнительными хомутами.

Watts

Компания Watts отличается тем, что поставляет на рынок обогревательного оборудования тепловые узлы полностью укомплектованными и готовыми к подключению. Этим достигается эффект быстрого монтажа. В последних разработках компания представляет радиоволновой терморегулятор, что позволяет устанавливать его в любом месте помещения.

Rehau

Фирма Рехау поставляет оборудование высокого качества, которое отличается надёжностью, небольшими размерами и несложной установкой. Блок управления монтируют в течение короткого времени, что позволяет провести быстрое подключение сервоприводов к коммутатору. Некоторым недостатком является высокая стоимость оборудования.

Neptun

Единственная российская фирма, поставляющая системы водяных тёплых полов с гофрированными трубами из нержавеющей стали. Они отличаются от полимерных аналогов тем, что обладают практически идеальной теплоотдачей, не боятся заморозки и гидроударов. Комплект поставки оборудования включает все необходимые фитинги, теплоизоляционные маты и циркуляционный насос.

Henco

Производитель в основу напольного водяного отопления заложил многослойную конструкцию из металлопластиковых труб. Немецкая фирма гарантирует работу отопительной системы на протяжении нескольких десятилетий. В торговой сети нередко попадаются подделки с торговой маркой Хенко. Оригинальная продукция изготавливается только в Бельгии.

Автоматика для водяного тёплого пола

Watch this video on YouTube

Схема и типы сервоприводов

Принцип работы сервопривода основан на обратной связи с одним или несколькими системными сигналами. Выходной показатель подается на вход, где сравнивается его значение с задающим действием и выполняются необходимые действия – например, выключается двигатель. Самым простым вариантов реализации является переменный резистор, который управляется валом – при изменении параметров резистора меняются параметры питающего двигатель тока.

В реальных сервоприводов механизм управления гораздо сложнее и использует встроенные микросхемы-контроллеры. В зависимости от типа используемого механизма обратной связи выделяют аналоговые и цифровые сервоприводы. Первые используют что-то, похожее на потенциометр, вторые – контроллеры.

Вся схема управления серво находится внутри корпуса, управляющие сигналы и питание подаются, как правило, идут по трем проводам: земля, напряжение питания и управляющий сигнал.

Сервопривод непрерывного вращения 360, 180 и 270 градусов

Выделяют два основных вида серводвигателей – с непрерывным вращением и с фиксированным углом (чаще всего, 180 или 270 градусов). Отличие серво ограниченного вращения заключается в механических элементах конструкции, которые могут блокировать движение вала вне заданных параметрами углов. Достигнув угла 180, вал окажет воздействие на ограничитель, а тот отдаст команду на выключение мотора. У серводвигателей непрерывного вращения таких ограничителей нет.

Материалы шестерней сервопривода

У большинства сервоприводов связующим звеном между валом и внешними элементами является шестеренка, поэтому очень важно, из какого материала она сделана. Наиболее доступных вариантов два: металлические или пластмассовые шестерни

В более дорогих моделях можно найти элементы из карбона и даже титана.

Пластмассовые варианты, естественно, дешевле, проще в производстве и часто используются в недорогих моделях серво. Для учебных проектов, когда сервопривод делает несколько движений, это не страшно. Но в серьезных проектах использование пластмассы невозможно, в виду очень быстрого снашивания таких шестеренок под нагрузкой.

Металлические шестеренки надежнее, но это, безусловно, сказывается как на цене, так и на весе модели. Экономные производители могут сделать часть деталей пластмассовыми, а часть металлическими, это тожно нужно иметь в виду. Ну и, естественно, что в самых дешевых моделях даже наличие металлической шестеренки не является гарантией качества.

Титановые или карбоновые шестерни – самый предпочтительный вариант, если вы не ограничены бюджетом. Легкие и надежные, такие сервоприводы активно используются для создания моделей автомобилей, дронов и самолетов.

Преимущества серводвигателей

Широкое использование сервоприводов связано с тем, что они обладают стабильной работой, высокой устойчивостью к помехам, малыми габаритами и широким диапазоном контроля скорости. Важными особенностями сервоприводов являются способность увеличивать мощность и обеспечение обратной информационной связи. И этого следует, что при прямом направлении контур является передатчиком энергии, а при обратном – передатчиком информации, которая используется для улучшения точности управления.

Отличия серво и обычного двигателя

Включая или выключая обычный электрический двигатель, мы можем сформировать вращательное движение и заставить двигаться колеса или другие предметы, прикрепленные к валу. Движение это будет непрерывным, но для того, чтобы понять, на какой угол повернулся вал или сколько оборотов он сделал, потребуется устанавливать дополнительные внешние элементы: энкодеры. Сервопривод уже содержит все необходимое для получения информации о текущих параметрах вращения и мжет самостоятельно выключаться, когда вал повернется на необходимый угол.

Отличия серво и шагового мотора

Важным отличием серводвигателя от шагового двигателя является возможность работать с большими ускорениями и при переменной нагрузке. Также серводвигатели обладают более высокой мощностью. Шаговые двигатели не обладают обратной связью, поэтому может наблюдаться эффект потери шагов, в серводвигателях потери шагов исключены – все нарушения будут зафиксированы и исправлены. При всех этих явных преимуществах серводвигатели являются более дорогостоящими приборами, чем шаговые двигатели, обладают более сложной системой подключения и управления и требуют более квалифицированного обслуживания

Важно отметить, что шаговые двигатели и сервоприводами не являются прямыми конкурентами – каждое из этих устройств занимает свою определенную сферу применения

Как подключить джойстик модуль к Ардуино

07.06.2013 20:14:00

В данной статье разберем устройство, приведем примеры программного кода для работы с джойстиком, а в конце, в качестве усложненного примера, поуправляем двумя сервоприводами с джойстика.

Компоненты для повторения (купить в Китае):

Arduino UNO, либо Arduino Nano, либо Arduino Mega

Джойстик

Перемычки

Сервопривод SG90

Похожие вещи:

Шилд джойстик для платы Arduino

Рука на Arduino

Подключение к Arduino

Итак, по направлениям отклонения H (horizontal) и V (vertical), на плате джойстика установлены два потенциометра. Основываясь на их показаниях джойстик отслеживает отклонения влево, вправо, вверх, вниз и выдает аналоговый сигнал от 0 до 1023.

Ось Z посажена на кнопку и выдает цифровой сигнал (вкл/выкл).

Джойстик модуль имеет пятипиновый разъем стандарта 2.54мм:

VCC: “+” питания.

V: Вывод выходного аналогового сигнала по оси Y

H: Вывод выходного аналогового сигнала по оси X

KEY: Вывод выходного сигнала с кнопки

GND: “-” питания

Подключение модуля предельно просто:

VCC на + 5 Вольт Arduino.

GND на любой из GND пинов Arduino.

H и V на любые аналоговые входы Arduino (в примере H подсоединен к A4, V к A5).

KEY к любому цифровому пину Arduino (в примере подсоединено к D2).

Подключив модуль к Arduino остается лишь залить скетч для работы. В приведенном ниже скетче значения получаемые с потенциометров и кнопки будут отсылаться в последовательный порт компьютер

пример программного кода:

const int Y_PIN = 5; // Потенциометр оси Y подключен к аналоговому входу 5 const int X_PIN = 4; // Потенциометр оси X подключен к аналоговому входу 4сonst int BUTTON_PIN = 2; // Кнопка подключена к цифровому выводу 2 float stepSize = 180F / 1024; // Вычисляем шаг. градусы / на градацию // Угол поворота джойстика 180 градусов, АЦП выдает значения от 0 до 1023, всего 1024 градации void setup(){Serial.begin(9600); // Скорость работы с монитором порта } void loop(){int yVal = analogRead(Y_PIN); // Задаем переменную yVal для считывания показаний аналогового значенияint xVal = analogRead(X_PIN);float yAngle = yVal * stepSize; // Переводим выходные данные yVal в угол наклона джойстика (от 0 до 180)float xAngle = xVal * stepSize; // Аналогично xValboolean isNotClicked = digitalRead(BUTTON_PIN); // Считываем не было ли нажатия на джойстикSerial.print(“Horisontal angle = “); // Выводим текст Serial.println(xAngle); // Выводим значение угла Serial.print(“Vertical angle = “);Serial.println(yAngle);if (!isNotClicked){Serial.println(“Clicked”);}delay(1000);}

Открыв монитор порта мы видим значения которые выдает наш джойстик. Опираясь на эти данные уже можно собрать что-то интересное.

Для большей наглядности подключим 2 сервопривода (D9, D10) и пищалку (D12).При включении дуины сервоприводы принимают положение 90°. Одна отвечает за отклонения по оси X, вторая по оси Y. При нажатии на кнопку срабатывает пищалка.

#include Servo servo1;Servo servo2;const int Y_PIN = 5; // Потенциометр оси Y подключен к аналоговому входу 5 const int X_PIN = 4; // Потенциометр оси X подключен к аналоговому входу 4const int BUTTON_PIN = 2;const int SERVO1_PIN = 9;const int SERVO2_PIN = 10;const int LED_PIN = 13;float stepSize = 180F / 1024; // Вычисляем шаг. градусы / на градацию // Угол поворота джойстика 180 градусов, АЦП выдает значения от 0 до 1023, всего 1024 градации void setup(){ pinMode(LED_PIN, OUTPUT); servo1.attach(SERVO1_PIN); servo2.attach(SERVO2_PIN);} void loop(){ int yVal = analogRead(Y_PIN); // Задаем переменную yVal для считывания показаний аналогового значения int xVal = analogRead(X_PIN); float yAngle = yVal * Step; // Переводим выходные данные yVal в угол наклона джойстика (от 0 до 180) float xAngle = xVal * Step; // Аналогично xVal servo1.write(yAngle); // Задаем сервоприводу полученный угол servo2.write(xAngle); boolean isClicked = digitalRead(BUTTON_PIN); if (isClicked) { digitalWrite(LED_PIN, HIGH); } else { digitalWrite(LED_PIN, LOW); }}

Набор для сборки 2ух осевого вращателя

Использованное в статье железо:

Плата Arduino, Сенсор шилд, Джойстик модуль, Пишалка модуль, Сервоприводы mini 9G

Соединительные провода “мама-мама”

Купить в России джойстик модуль

В данный момент еще реализованы не все элементы нашего сообщества. Мы активно работаем над ним и в ближайшее время возможность комментирования статей будет добавлена.

Сравнение с шаговым двигателем

Другим вариантом точного позиционирования приводимых элементов без датчика обратной связи является применение шагового двигателя. В этом случае схема управления отсчитывает необходимое количество импульсов (шагов) от положения репера (этой особенности обязан характерный шум шагового двигателя в дисководах 3,5″ и CD/DVD при попытках повторного чтения). При этом точное позиционирование обеспечивается параметрическими системами с отрицательной обратной связью, которые образуются взаимодействующими между собой соответствующими полюсами статора и ротора шагового двигателя. Сигнал задания для соответствующей параметрической системы формирует система управления шаговым двигателем, активизирующая соответствующий полюс статора.

Так как датчик обычно контролирует приводимый элемент, электрический сервопривод имеет следующие преимущества перед шаговым двигателем

не предъявляет особых требований к электродвигателю и редуктору — они могут быть практически любого нужного типа и мощности (а шаговые двигатели, как правило, маломощны и тихоходны);
гарантирует максимальную точность, автоматически компенсируя: механические (люфты в приводе) или электронные сбои привода;
постепенный износ привода, шаговому же двигателю для этого требуется периодическая юстировка;
тепловое расширение привода (при работе или сезонное), это было одной из причин перехода на сервопривод для позиционирования головок в жестких дисках;
обеспечивая немедленное выявление отказа (выхода из строя) привода (по механической части или электронике);

большая возможная скорость перемещения элемента (у шагового двигателя наименьшая максимальная скорость по сравнению с другими типами электродвигателей);
затраты энергии пропорциональны сопротивлению элемента (на шаговый двигатель постоянно подаётся номинальное напряжение с запасом по возможной перегрузке);

Недостатки в сравнении с шаговым двигателем

необходимость в дополнительном элементе — датчике;
сложнее блок управления и логика его работы (требуется обработка результатов датчика и выбор управляющего воздействия, а в основе контроллера шагового двигателя — просто счётчик);
проблема фиксирования: обычно решается постоянным притормаживанием перемещаемого элемента либо вала электродвигателя (что ведёт к потерям энергии) либо применение червячных/винтовых передач (усложнение конструкции) (в шаговом двигателе каждый шаг фиксируется самим двигателем).
сервоприводы, как правило, дороже шаговых.

Сервопривод, однако, возможно использовать и на базе шагового двигателя или в дополнение к нему до некоторой степени совместив их достоинства и устранив конкуренцию между ними (сервопривод осуществляет грубое позиционирование в зону действия соответствующей параметрической системы шагового двигателя, а последняя осуществляет окончательное позиционирование при относительно большом моменте и фиксации положения).

ЗЫ:

Проблемы фиксирования никакой нет в сервоприводе в отличие от шагового. Высокоточное позиционирование и удержание в заданной позиции обеспечивается работой электрической машины в вентильном режиме, суть которого сводится к её работе в качестве источника силы. В зависимости от рассогласования положения (и других координат электропривода) формируется задание на силу. При этом несомненным преимуществом сервопривода является энергоэффективность: ток подается только в том необходимом для того объеме, чтобы удержать рабочий орган в заданном положении. В противоположность шаговому режиму, когда подается максимальное значение тока, определяющее угловую характеристику машины. Угловая характеристика машины аналогична при малых отклонениях механической пружине, которая пытается «притянуть» рабочий орган в нужную точку. В шаговом приводе чем больше рассогласование положения, тем больше сила при неизменном токе.

Как работает сервопривод

Принцип его действия завязан на использовании импульсного сигнала, обладающего тремя ключевыми свойствами, – частотой, наименьшей и наивысшей продолжительностью, и как раз последняя, то есть длина, и задает угол поворота. Может находиться в диапазоне 0,8-2,2 мс. Как только поступает на печатную плату, активирует энкодер (потенциометр) и, через механическую передачу, выходной вал.

Электронная схема сравнивает реальное положение вала с запрограммированным. При этом возможно 3 состояния. И первое из них – нулевой момент, то есть полного совпадения, что значит – силовой агрегат не работает (остановлен). При втором управляющий сигнал выше опорного, это провоцирует поворот в одну сторону, при третьем – ниже, что оборачивается движением вращающейся части в другом направлении.

Таким образом, принцип работы сервомотора сводится к следующему:

привод получает импульс на вход, допустим, команду изменения угла;
блок управления соотносит полученный сигнал с фактическими значениями, снятыми датчиком;
исходя из результатов анализа, данная плата выдает команду – перемещения по какому-то вектору, ускорения или замедления, – причем обязательно направленную на то, чтобы привести реальную цифру к заданной и необходимой.

Сравнение осуществляется на основании разностных величин и учитывает параметр длительности, а поэтому определяет разбежку показателей с максимальной точностью. Эта особенность дает возможность обеспечить необходимое позиционирование инструмента.