数字舵机的设计及其控制研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ares_Stray
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随着科学技术的不断发展,数字技术得到了飞速的发展,因而数字技术被广泛的应用于各个领域,例如数字电视、数码相机、数码摄像机等等。人工智能领域要发展,必然要进行数字化的改革,提高其控制精度,对于我们的类人型机器人和小型飞行器要有更大的发展,必须紧跟社会发展的潮流,步入数字时代。作为类人型机器人、小型飞行器等人工智能产品的基本控制单元的舵机,也逐步向数字化挺进。与模拟舵机相比,数字舵机在速度和控制精度都有了很大的提高,更适应现在的智能产品对速度和控制精度的要求。   为了解决这一问题,本文讨论了一款数字舵机的设计,其性能足可以用来充当类人型机器人和小型飞行设备的基本控制单元。本文从数字舵机的当前的国内外发展现状谈起,分析舵机的发展的走势,预测舵机发展方向。然后逐步的介绍自行研发设计的数字舵机的各个组成部分,总体而言该款数字舵机分为通信传输部分和调节控制部分,在通信方面,对比PWM传输和TWI传输两种模式的优缺点,最终确定TWI传输模式作为我们的通信传输部分核心部分:在调节控制部分,从各种处理器芯片和多种舵机软硬件的对比中选择出最好的构建我们舵机控制系统。在控制算法方面我们采用三次样条插值法,模拟舵机运动的轨迹,在构造的运动的轨迹上插入若干个点来不断调整舵机的转动的速度和位置,使其准确的转到目标位置。为了达到控制的精确,我们采用PID和PD控制算法,加强了对舵机转动的控制和在目标平衡位置上扭矩大小的调节。为了保证电路的运转的安全我们使用了电流反馈和电压反馈保护电路,防止出现过流、过压和欠流、欠压的现象。为了使舵机的能够左右自由的旋转,我们采用H型桥驱动控制电路,实现电路可以接受不同的两路PWM脉冲信号,从而实现向不同方向转动。
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