■ 舵機的性能

舵機 在自動控制場合被廣泛應用，舵機的輸出力矩、轉動速度、命令更新頻率等標準了舵機的作業性能，在 全國大學生智能車競賽中 ，大多數車模作品的方向控制都使用了舵機控制，在賽道上運行的車模速度，在 控制引數設定 合理的情況下，最高速度取決于舵機的回應速度，

通常，舵機的運行取決于 舵機特有的脈沖指令高電平時間寬度 ，而與脈沖指令的頻率無關，所以控制舵機的脈沖波形與掃之電機運行的PWM波形的作用是不同的，

舵機內部具有驅動電路板，保證輸出角度與脈沖指令的寬度之間呈現比例關系，舵機輸出轉角速度則取決于舵機本身內部機械結構、電機的性能、作業電壓等各種因素，

由于舵機的轉速與指令無關，所以從本質上講， 舵機不是一個線性模型 ，當舵機轉動角度越大，它的動態非線性就越明顯，

01舵機轉動速度與作業電壓

舵機的轉動速度越快，在智能車競賽中車模控制性能就會越好，正好手邊測驗了一個 角度編碼器 ST-3806-15-RS ，它有每周15bit的角度解析度，這款角度編碼器用于一款 雙軸機械臂 的控制中，現在正好可以用它來測驗舵機轉動的角度、角速度，依次來分析舵機作業電壓與執行速度之間的關系，

1.測量方法

選擇S-D5舵機，使用橡膠套管將舵機輸出軸與角度編碼器連接在一起，使用機械平臺將它們固定、共軸，使用 角度編碼器 ST-3806-15-RS 測驗電路模塊來讀取角度傳感器的數值，控制多級的轉動，

給定舵機脈沖指令，從1000us突變到2000us，舵機順時針旋轉60°，在這個程序中，采集角度的速率為3ms，讀取200個，得到的角度曲線如下：

取角度上升線性部分（距離最下，最上各5%的余量），進行線性擬合，再計算擬合直線與最小角度、最大角度對應的時間交點，使用這個交點之間的時間差作為舵機的執行時間，執行時間的倒數可以反映舵機輸出角速度，

2.測量資料

下面使用數控直流電源調節舵機作業電壓，從4.0V ~ 6V，分成20個作業電壓點，在每個作業電壓點，測量舵機的轉動曲線，使用上面的方法，獲得舵機的轉動時間，

下圖給出了舵機轉動時間與作業電壓測量的資料曲線，作業電壓越高，舵機執行時間就越短，

voltagedim=[4.00,4.11,4.21,4.32,4.42,4.53,4.63,4.74,4.84,4.95,5.05,5.16,5.26,5.37,5.47,5.58,5.68,5.79,5.89,6.00]

timedim=[103.22,99.80,97.43,94.21,91.67,89.09,86.55,85.21,83.15,82.13,79.98,78.02,76.29,74.86,72.76,71.82,70.27,68.67,68.16,66.40]

將上述時間取倒數（1000/time(ms)），可以獲得下面的舵機轉動相對速度與作業電壓之間的關系，大體可以看到舵機執行速度與作業電壓成正比，

02分析結論

通過前面的分析可以看出：

• 為了提高多級的執行速度，可以在舵機允許的作業電壓范圍內盡可能提高舵機的作業電壓；
• 為了避免高的作業電壓對舵機內部的電路過壓的影響，需要在舵機作業電源進行必要的限幅和穩壓，
• 在舵機作業程序中，如果頻繁的轉動，需要考慮到舵機散熱；

※ 測量代碼

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2020-09-14
#
# Note:
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from headm import *
from tsmodule.tsstm32       import *
from scipy.optimize         import curve_fit
from tsmodule.tsvisa        import *
from tsmodule.tsdraw        import *

dp1308open()

#------------------------------------------------------------

def linearf(x, a, b):
    return a*x+b

def ServoAngle():
    stm32cmd('CLEAR')
    stm32cmd('servoa')

    time.sleep(3)
    return stm32memo(1)

def rottime(angle):
    maxangle = max(angle)
    minangle = min(angle)
    timedim = linspace(0, len(angle) * 3, len(angle) * 3, endpoint=False)

    deltaangle = maxangle-minangle
    angle = array(angle)

    startangle = minangle + deltaangle * 0.05
    endangle = maxangle - deltaangle * 0.05

    startid = list(angle>startangle).index(True)
    endid = list(angle>endangle).index(True)

    angle1 = angle[startid:endid+1]
    time1 = timedim[startid:endid+1]

    param = (100, 0)
    param, conv = curve_fit(linearf, time1, angle1, p0=param)
    anglefit = linearf(time1, *param)

    starttime = (minangle - param[1]) / param[0]
    endtime = (maxangle - param[1]) / param[0]

    return endtime - starttime

#------------------------------------------------------------

setv = linspace(4, 6, 20)
timedim = []
voltagedim = []

pltgif = PlotGIF()

for v in setv:
    dp1308p6v(v)
    time.sleep(1)

    angle = ServoAngle()
    tspsave('sample1', angle=angle)
    rotatetime = rottime(angle)
    printf(rotatetime)

    voltagedim.append(v)
    timedim.append(rotatetime)

    tspsave('time', voltagedim = voltagedim, timedim=timedim)

    td = linspace(0, len(angle)*3, len(angle), endpoint=False)

    plt.clf()
    plt.plot(td, angle)
    plt.xlabel("Time(ms)")
    plt.ylabel("Angle")
    plt.grid(True)
    plt.tight_layout()
    plt.draw()
    plt.pause(.1)

    pltgif.append(plt)

dp1308p6v(5)
pltgif.save(r'd:\temp\1.gif')

printf('\a')

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
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■ 相關文獻鏈接:

• S-D5舵機拆開看一看
• 全國智能車競賽的“變”中有“進”
• 方向控制中的動態比例值-P
• 舵機的脈沖指令的頻率對于舵機運動影響
• 舵機建模仿真
• 角度編碼器 ST-3806-15-RS
• 雙軸機械臂位置倍訓控制：STC8H1K28，42HS48EIS,BH32