Повышение точности позиционирования сервопривода

В данной статье описана методика улучшения точности и повторяемости позиционирования сервопривода при помощи внешнего потенциометра обратной связи.

Проблема в том, что сервоприводы, подходящие для горизонтального вращения вокруг своей оси, достаточно дороги. Поэтому возникает идея приспосабливать для этих целей обычные сервоприводы от, например, радиоуправляемых аэропланов.

Первый вариант состоит в троекратном ускорении обычного сервопривода. Для этого к выходному валу сервомеханизма прикрепляют шестерню с 36-ю зубцами, а основание вращающейся горизонтальной платформы помещают на 12-зубчатую шестерню. Тогда диапазон поворота стандартного сервопривода увеличится в три раза и составит более 360 градусов.

К сожалению, не только угловая скорость увеличивается в три раза, - погрешность позиционирования также возрастает в три раза. И когда джойстик дистанционного пульта помещается в центральное положение, камера не возвращается в точности в начальную позицию. Отклонение зависит от направления и дистанции предыдущего поворота. Так что эта конструкция работает, но весьма неточно.

Решение заключается в использовании внешнего потенциометра для создания обратной связи в цепи позиционирования сервомеханизма. Предложенная методика по улучшению точности позиционирования подойдет для любой схемы управления сервопривода.

Здесь уместно изложить немного теории. Рекомендуется обратить внимание на имеющийся в Интернете тематический обзор.

Положение выходного вала в стандартном радиоуправляемом сервоприводе определяется двумя сигнальными потоками. Это внешний контрольный сигнал, генерируемый парой передатчик/приемник или управляющим компьютером, и опорный, который генерируется самим сервомеханизмом.

Мы взяли 80-зубчатую шестерню, на которую поместили платформу с камерой, и 20-зубчатую шестерню для 10-оборотного потенциометра. Тогда один полный оборот платформы соответствует четырем оборотам потенциометра, в то время как полный диапазон движения сервопривода соответствует пяти оборотам потенциометра. При этом мы не увеличили погрешность позиционирования в три раза, как это было в случае, описанном в начале статьи.

Последовательность действий:
1. Откройте сервомеханизм и удалите или отключите устройство обратной связи от выходной зубчатой передачи.
2. Найдите, где три провода от потенциометра соединяются с печатной платой сервопривода. Отпаяйте их и припаяйте подходящий кабель из трех проводов.
3. При необходимости расширьте отверстия для управляющих проводов, чтобы пропустить через них и этот новый кабель.
4. Выберите подходящий мульти-поворотный потенциометр. Для примера, описанного в этой статье, прекрасно подошел 10-поворотный 10кОм потенциометр. Припаяйте три провода кабеля к выходам этого потенциометра, убедитесь что база, земля и сигнал подключены правильно.
5. Механически прикрепите потенциометр к вашему устройству.

Для проверки сервомеханизма запитайте его и пустите номинальный сигнал (1,5 мс). Мотор должен заработать, соответственно, выходной вал придет во вращение. Следует поворачивать внешний потенциометр руками до тех пор, пока мотор не замедлится и не остановится. При дальнейшем повороте потенциометра выходной вал должен придти во вращение в противоположном направлении, вначале медленно, затем быстрее по мере дальнейшего поворота потенциометра.
Именно все вышеописанное мы и проделали, и это прекрасно работает. Голова робота поворачивается на 195 градусов в обе стороны и возвращается точно на первоначальную позицию, когда управляющий джойстик переводится в центральное положение.
Поскольку устройство обратной связи подсоединено непосредственно к выходной платформе, это корректирует проскальзывания и люфты в приводе, которые могут вызывать избыточный или недостаточный поворот. Сервомотор продолжает работать, пока платформа не займет правильную позицию, независимо от проскальзывания в зубчатой передаче.