28 января 2017г.
Электрические приводы используются в 40 – 50% серийно выпускаемых промышленных роботов (ПР). Точность позиционирования электрического привода достигает значений до ±0,5мм. Их применяют как в позиционном, так и в контурном режимах работы.
Преимуществами электроприводов являются более высокая экономичность, КПД, удобство сборки и хорошие регулировочные свойства. Как правило, в электроприводах используют синхронные, шаговые и двигатели постоянного тока.
При создании ПР различной сложности часто применяются сервоприводы. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используется в управлении сервомотора для преобразования переменного напряжения в постоянное, с изменением его среднего значения. Управление средним значением напряжения происходит
путем изменения скважности ( g ) импульсов.
Цель данной работы– исследование зависимости ширины импульса от угла поворота сервопривода TowerPro MG995 и его отклонение от нормы, выявление причин этих отклонений и способа их устранения.
Для нашей прорабатываемой модели серводвигателя не приводилось официальных исследований.
Анализируемый привод, обычно, используется в приложениях, где не требуется точность позиционирования. Используем метод юстировки, путем подбора искомого угла ухода. Однако, предположительно, что одной юстировки не будет достаточно для дальнейшего использования данного сервопривода.
Если задача состоит в достоверности угла поворота вала, используют более дорогие модели серводвигателей. В настройке такого оборудования применяется сложнейшее программное и аппаратное регулирование.
Проблемой всех сервомоторов из данной ценовой категории является уход углового параметра q в результате продолжительной работы, т.е.дляq добавляется паразитная координата q + Dq (t) , где t–время использования.
Для устранения или, по крайней мере, уменьшения значимости этого недостатка, можно попробовать скомпенсировать разницу Dq . Чтобы проверить гипотезу существования зависимости Dq (t) , следует провести серию экспериментов, для чего необходимо собрать стендовую модель, принципиальная схема которой представлена на рисунке 1.
В результате проведения серии экспериментов, используя разные углы поворота, собираем статистические данные. По собранным статистическим данным получаем график зависимостиq экспериментальная от
длины
импульса
t и аппроксимируем его.
Если
график не
приближается к экспоненте, то целесообразно искать способ устранения ошибки.
Для начала, необходимо определить диапазон управляющего сигнала, так как для каждого образца серводвигателя он в какой-то мере индивидуальный.
Экспериментально было установлено, что 0 соответствует t1 =
520 мкс, а
180º t 2 = 2420мкс (рисунок 2)
Для управления сервоприводом нам потребуется сформировать ШИМ с частотой 50 Гц. Воспользуемся двумя путями формирования ШИМ сигнала:
1) открытая библиотекойSERVO из комплекта Arduino;
2) подача высокого/низкого уровня
сигнала на
порт
ввода/вывода
с
определенным временным интервалом.
Диапазон измеряемых эталонных углов составляет: 0 ,10 ,13 , 20 ,30 , 40 ...180 .
Выбранный охват был подобран не случайно. При первом запуске двигателя через стандартную библиотеку, была обнаружена «мертвая зона», которая равнялась 13 . Кроме «мертвой зоны» было обнаружено, что вал может поворачивается не на обещанные производителем 120 ,а на 180 .
Для обоих путей решения потребуется провести эксперимент для каждого угла из выбранного диапазона 50 раз.
Найдем средние значения экспериментальных углов поворота q и Dq . На основе полученных данных, построим графики для каждого из методов генерации ШИМ (а) – первый метод, б) – второй метод).
На рисунке 5 пронумеровано:
1 – диапазон работы, в котором необходима юстировка, но ее сложно или невозможно реализовать;
2 – диапазон работы, в котором можно обойтись без юстировки;
3 – диапазон работы, в котором необходима тарировка.
При анализе вышеуказанных графиков были получены промежуточные результаты:
1)
график
зависимости между углом
поворота
и
длиной импульса не
имеет
беспорядочный характер, следовательно, возможна корректировка угла поворота.
2)
производить регулировку возможно не для всего диапазона углов;
3)
метод формирования сигнала с помощью библиотеки SERVO из комплекта Arduino желательно использовать для среднего диапазона углов;
4)
метод подачи высокого/низкого сигнала на порт ввода/вывода с определенным временным интервалом желательно использовать для начального диапазона углов.
При первом подходе углы, которые целесообразно корректировать, лежат в диапазоне110-180 .
Среднее значение коэффициента углового ухода лежит в пределе 3 , что пропорционально 33мкс. Для данного метода это неважно, так как в код программы мы записываем величину угла.
При втором подходе углы лежат в диапазоне 50 - 110 и 120-180. Среднее значение коэффициента углового ухода лежит в пределе 3 и 6 ,что пропорционально 33мкс и 66мкс соответственно.
Записав данные значения в программный код и повторив серию экспериментов, было выяснено, что разработанный метод корректировки исправил ошибочные углы поворота.
В
ходе проведенного анализа была исследована зависимости ширины импульса от угла поворота
сервопривода.
Экспериментальным путем были установлены различия в углах поворота при разном задании ШИМ сигнала. Самым рациональным путем решения проблемы ухода угла сервопривода может являться задание начальной и конечной ширины импульса для каждого сервопривода индивидуально на основе проделанных измерений.
Список литературы
1. Блум Джереми. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. – СПб.: БХВ – Петербург, 2015. – 336 с.: ил.
2.
Драчев Г.И. Теория электропривода. Челябинск, Издательство ЮУрГУ, 2002, 137 с.
3. Cерводвигатель MG995 и Arduino.URL: http://arduino-diy.com/arduino-MG995-servo
