Управление сервоприводом
Управление сервоприводом (англ. Servo control) — это метод управления различными типами RC/модельных сервоприводов путём подачи на сервопривод сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть серии повторяющихся импульсов переменной ширины. Именно ширина импульса (чаще всего в современных модельных сервоприводах) или рабочий цикл (встречается реже) определяет положение вала сервопривода. Сигнал ШИМ может поступать от приёмника радиоуправления к сервоприводу или от распространённых микроконтроллеров, таких как Arduino.
Малые модельные сервоприводы (часто называемые радиоуправляемыми, или RC-сервоприводами) подключаются по стандартной трёхпроводной схеме: два провода для постоянного тока питания и один провод для управляющих импульсов.
Параметры сигнала определяются минимальной и максимальной шириной импульса, а также частотой повторения. С учётом ограничений поворота сервопривода, нейтральное положение соответствует центру диапазона вращения. У различных сервоприводов диапазон поворота может отличаться, но нейтральное положение, как правило, задаётся импульсом шириной около 1,5 миллисекунды (мс).
Длительность импульса
В современных RC-сервоприводах угол поворота определяется шириной электрического импульса, поступающего на управляющий провод. Это разновидность широтно-импульсной модуляции. Типовой RC-сервопривод ожидает приход управляющего импульса каждые 20 мс, хотя этот параметр может значительно варьироваться в зависимости от сервопривода. Именно ширина импульса определяет угол поворота вала. Например, во многих RC-сервоприводах импульс шириной 1,5 мс устанавливает вал в положение 90° (нейтральное положение). Длительность низкого уровня (и общий период) может изменяться в широких пределах, даже от импульса к импульсу, без влияния на положение вала сервопривода.
Положение вала современного RC-сервопривода определяется не рабочим циклом ШИМ (то есть соотношением времени высокого и низкого уровней), а исключительно шириной импульса. (Это отличие от ШИМ, применяемой, например, в управлении скоростью некоторых двигателей постоянного тока.) Большинство RC-сервоприводов становятся в одинаковое положение при получении импульса шириной 1,5 мс с периодом 6 мс (рабочий цикл 25 %) и при таком же импульсе с периодом 25 мс (рабочий цикл 6 %) — в обоих случаях это центральное (нейтральное) положение. Для многих RC-сервоприводов в диапазоне частот повторения импульсов от 40 Гц до 200 Гц точное значение частоты несущественно.[1][2][3][4][5][6][7][8][9]
Период 20 мс (50 Гц) обусловлен исторически — когда сигнал кодировался форматом PPM (позиционно-импульсная модуляция) для радиопередачи[10]. Период PPM составлял примерно 22,5 мс, а преобразование к ШИМ было простым: время высокого уровня ШИМ соответствовало времени прихода импульса PPM для данного сервопривода.
Большинство RC-приёмников посылают импульсы на RC-сервопривод с постоянной частотой кадров, изменяя только длительность высокого уровня. Тем не менее, можно управлять сервоприводом на всём диапазоне перемещений, используя генератор функций, работая с постоянным рабочим циклом 10 % и изменяя только частоту (частоту кадров)[11].
Усилие
Когда сервоприводу задаётся позиция, он поворачивается в неё и удерживает вал в этом положении. При внешнем воздействии, стремящемся сместить вал, сервопривод противодействует смещению. Максимальное усилие, которое может создать сервопривод, ограничивается его номинальным крутящим моментом. Однако сервоприводы удерживают положение только пока поступает управляющий импульс; чтобы позиция сохранялась, управляющий сигнал обычно должен поступать с периодом не более 20 мс.
Варианты реализации
Если на сервопривод поступает импульс меньший 1,5 мс, вал поворачивается и фиксируется на определённое число градусов влево от нейтральной точки. При импульсе большей ширины, чем 1,5 мс, происходит отклонение вправо. Минимальная и максимальная ширина импульса, обеспечивающая допустимые положения вала, зависит от конструкции и производителя; даже сервоприводы одной марки могут иметь разные пределы. Обычно минимальная ширина управляющего импульса составляет примерно 1 мс, максимальная — около 2 мс.