2017全国大学生电子设计大赛B题 | 板球控制系统（三）舵机控制相关

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  今天我们来讲一讲舵机的控制。电赛在给出赛题说明与采购清单的一刹那，我就想好了赛题最可能使用的两种输出元器件。一种是滚珠丝杠/皮带滑台，另一种是舵机。前一种是严格意义上的行程为直线的电机，后一种是专门为猜题中最火热的板球系统而准备的。对于板球系统来说，舵机是短时间内能最快完成电赛任务的执行器，具有控制方法和机械结构简单的优点。我在2017国赛上看见过用推杆电机的，也有用电机卷绳子吊着板子的，甚至也有使用步进电机加上滚珠丝杠的，但是很遗憾，这些队伍很少能有争取到国一的队伍。推杆电机控制速度缓慢，绳吊式的板球系统具有相当大的不稳定性，绳子弹性大一点都可以打乒乓去了。步进电机倒是控制起来很精确，但是机械结构的安装和设计极其复杂，供电也很麻烦。

舵机需要考虑的问题很多，但是并不复杂，都是一些经验之谈。

当你确定使用舵机以后，脑子里应该有几个问题需要考虑：

1.舵机中值的确定
2.舵机pid输出值的改变频率（舵机控制频率）
3.舵机pwm的频率和细分度（注意第三问题的频率和第二个的区别）
4.舵机的信号屏蔽处理
5.舵机的安装以及输出机械结构该如何设计

  首先来看第一个问题。舵机中值，其来自于飞思卡尔智能车比赛的舵机控制，原意指智能车转向机构舵机在绝对中位时候舵机的pwm输出值。什么是绝对中位呢？就是车子转向机构完全向前，能够直线行走时候舵机的位置。在我们的板球系统中，就是通过智能手机陀螺仪水平计/机械气泡水平计测的保持板面绝对水平时候舵机控制的pwm值。每一个舵机由于安装机械位置以及输出头安装角度问题，舵机中值都是不一样的，需要我们一个个去整定测量。舵机中值测好了以后，我们才可以为后续算法提供便利。

  第二个问题。舵机的pid 输出频率问题。舵机是一种执行器件，也需要相关的反应时间，如果你pid每1ms都给舵机一个命令，完全不等待，那么舵机就会喘振，失力，达不到精确的控制效果。因为此时舵机并不能在1ms以内光速移动到指定位置。根据飞思卡尔智能车的控制经验，我们舵机输出的周期应该在20ms左右最为合适。此时舵机既有良好的响应速度，又有充足的时间和扭力来执行位置任务。

  第三个问题。以mg996r舵机为例，其最佳pwm控制周期在50hz。stm32可以把pwm波细分10000份，其最终落实到舵机有效输出区间能有1000左右，完全够用。不明白pwm细分度的建议详细查看正点家的pwm程序。不明白舵机控制原理的也可以详细查一查百度，里面有大把的文章教你舵机怎么驱动。

  第四个问题。这个问题纯属经验之谈。众所周知，在单片机进行调试debug模式或者是下载程序的时候，会在管脚产生随机电平或者是产生悬空状态，这时候舵机很有可能会抽风，我强烈建议为了各位板球系统安全找想，在焊接舵机信号线的时候尽量加一个开关，在不使用或者调试的时候通过开关控制舵机起停，可以达到紧急时刻停机的效果，保护板球机械结构。

  第五个问题。舵机会控制了，马上就是如何安装的问题。如果你仅仅用热熔胶，木头块，来固定安装你的舵机，那么再高明的算法也拯救不了你。如果你仔细设计了舵机的输入输出结构，完善了摩擦和润滑以及机械配合，完全去除了缝隙，保证每一份力的传递到位，那么得很简单的pid就可以拿到全国一等奖。在我看来，机械结构是和pid同等重要的。两者相辅相成，缺一不可。关于机械结构部分会是一篇大文章，会有很多细节到位，这些我们下一期在讲解。文章会不定期更新，谢谢大家的阅读！

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