Цифровые серво

Цифровые серво (перевод статьи компании Ripmax, 2003г.)

За последние годы новые разработки серво позволили уменьшить их размер, увеличить скорость поворота вала и усилие на валу. Самые новые разработки, известные как "цифровые серво", являются еще одним шагом вперед. Цифровые серво имеют существенные эксплуатационные преимущества перед стандартными серво, но нужно отметить что на ряду с этим они имеют и некоторые незначительные недостатки , что мы и будем рассматривать в этой статье.

Цифровое серво работает почти также, как стандартное серво за исключением одной важной детали - микропроцессора, который анализирует входящие сигналы приемника и является средством управления серводвигателя цифрового серво. Неправильно полагать, что цифровые серво решительно отличаются по конструкции от стандартных. Цифровые серво имеют те же самые двигатели, шестерни и корпуса, как стандартные серво и что наиболее важно, они имеют потенциометр обратной связи точно также, как и стандартные серво.

Ниже на рисунке устройство цифрового серво HS-5735MG компании Hitec RCD

Отличие цифрового серво, заключается:

• в способе обработки сигнала поступающего от приемника
• в управлении подачей начальной энергии на сервомотор
• в сокращение "мертвой" зоны
• в увеличенной разрешающей способности
• в возможности выдавать большую эффективность и мощность

В обычном серво при состоянии покоя , никакая энергия не подается на сервомотор. Когда сигнал задающий перемещение для сервомотора получен, или на рычаг (качалку на валу) серво подается давление снаружи, серво отвечает, посылая энергию (напряжение) к сервомотору. Эта энергия, которая является фактически максимальным напряжением, является импульсной и имеет фиксированную величину - 50 циклов в секунду, создавая маленькие "вспышки" энергии. При увеличении длины каждого импульса энергии, создается эффект регулятора скорости, когда полная энергия (напряжение) подается на двигатель, до перемещения вала сервомотора к его новой позиции. В свою очередь, когда заданное положение достигнуто, электроника уменьшает импульсы энергии по величине и частоте до остановки сервомотора.

Ниже показана электроника стандартного и цифрового серво

"Стандартное серво" (на рисунке слева) имеет заказной логический чип и компоненты выбора времени.
"Цифровое серво" (на рисунке справа) имеет контроллер управления на микропроцессоре с кварцевым резонатором и усилитель на полевом транзисторе.

3 диаграммы ниже показавают два цикла ‘вкл/выкл' импульсов стандартного и цифрового серво.

Diag.1 - серво неактивно.
Diag.2 - управляющий сигнал на сервомотор имеет короткое время / импульс малой мощности к серводвигателю.
Diag.3 - более длительный сигнал, большая мощность.

Как Вы можете себе представить, быстрый импульс напряжения, сопровождаемый паузой, не дает сервомотору значительного стимула для поворота вала, а более продолжительный импульс дает такой стимул. Это означает что небольшое движение ручки управления передатчика около своего центра, посылает маленькие начальные импульсы серводвигателю, на которые стандартное серво реагирует очень неэффективно или фактически совсем не реагирует (образуется "мервая зона"). В цифровом серво управляющие сигналы получает сначала микропроцессор, который их обрабатывает перед пересылкой их на сервомотор. Микропроцессор обрабатывает эти импульсы в соответствии с заложенными в нем параметрами и поэтому длина импульсов и их мощность могут быть специально откорректированы для активизации серводвигателя и оптимизации его работы.

Цифровое серво посылает импульсы двигателю со значительно большей частотой - 300 циклов в секунду. Хотя продолжительность импульса уменьшена, частота импульсов увеличена в прямой пропорции. Энергия подается на двигатель более часто, что дает больший стимул серводвигателю поворачивать вал. Это также означает, что мало того, что сервомотор отвечает быстрее командам, но это значительно увеличивает чувствительность серво. Это дает цифровому сервомотору меньшую "мертвую зону", более быструю обратную связь, более быстрое и более равномерное ускорение / замедление вращения вала, лучшую разрешающую способность и способность выдавать постоянную полную мощность при повороте вала.

На графике ниже хорошо заметны преимущества цифрового серво.

На графике сравниваются два серво компании Futaba - цифровое S9450 и стандартное S9402.

Здесь вы можете видеть, что S9450 имеет намного меньшую "метвую зону" и выдает гораздо большую мощность гораздо ранее, чем S9402. Фактически, это означает, что если вы бы попробовали воздействовать на рычаг вала (качалку) включенного S9450 серво, то его ответное сопротивление было бы более быстрым, более мощным и более точно спозиционированным.

Но за все приходится платить (в том числе и в прямом смысле). Стоимость цифровых серво значительно выше, чем стоимость стандартых серво. Кроме того цифровые серво, обладая всеми своими преимуществами имеют и большее энергопотребление. При использовании цифровых серво стандартная бортовая аккумуляторная батарея 600-700mA долго не выдержит, требуется более мощные аккумуляторные батареи 1000mA и больше. Но это не является проблемой, поскольку современные аккумуляторные батареи большой емкости выпускаются разными производителями и продаются в хобби-магазинах.

Любой, кто использовал цифровые серво скажет Вам, что различие настолько существенно, что он никогда не возвратился бы к стандартным серво, если имеются цифровые.

Итак, если Вы нуждаетесь в:

• более высокой разрешающей способности
• минимальных "мертвых зонах", более точном позиционировании
• быстром реагировании на команды
• постоянном усилии на валу в процессе его поворота
• увеличенной мощности
• и при этом имеете достаточно средств

Цифровые серво - единственное решение!

Автор статьи: Дмитрий Румянцев.