Навіщо придумали цифрові сервомашинки?
За останні кілька років конструкції сервомашинок помітно змінилися. Кермові машинки стали менше, швидше, могутніше. Останні розробки, так звані «цифрові сервомашинки» — це ще один крок вперед. Вони мають велику перевагу перед звичайними сервомашинками, і навіть перед тими варіантами, де використовуються електромотори з порожніми роторами. Разом з перевагами є, однак, і недоліки. Мета цієї статті — розповісти про позитивні і негативні моменти, пов'язані із застосуванням цифрових машинок.
Принципова відмінність цифрових машинок від всіх інших — в електроніці. У звичайних машинках використовується аналогова електроніка, де різні часові характеристики задаються резисторами і конденсаторами. У цифрових машинках стоять мікроконтролери, частота яких стабілізована кварцевим резонатором. Обробка вхідних даних і розрахунок зусилля проводиться програмою. Звідси і пішла назва сервомашинок — «цифрові».
Що ж дає використання мікроконтролера в сервоелектроніці? Ну, якщо говорити по-простому, то електроніка починає працювати на більш високій частоті, що дозволяє поліпшити реакцію машинки.
Моторчик сервомашинки управляється імпульсами напруги. Чим більше зусилля потрібно докласти на вихід машинки, тим довші імпульси подаються на моторчик. Але в звичайних рульових машинках період імпульсів напруги на двигуні жорстко прив'язаний до періоду вхідного сигналу і становить близько 20 мілісекунд. А в цифрових машинках такої зав'язки немає, і частота імпульсів на двигуні набагато вище (раз в десять).
Як ви, напевно, знаєте, якщо подавати на електродвигун занадто короткі імпульси, то він залишиться нерухомим. Тобто двигун, а разом з ним і рульова машинка, мають мертву зону. Це означає, що при дуже маленькому русі ручки передавача качалка рульової машинки залишиться на місці. У цифровій машинці мікроконтролер може скорегувати тривалість імпульсу, який необхідний, щоб зрушити мотор з місця. Завдяки цьому розмір мертвої зони в цифрових машинках набагато менше.
Що стосується більш високої частоти імпульсів живлення двигуна, то вона дозволяє цифровим машинкам швидше розвивати максимальне зусилля, а значить, і точніше реагувати на всі зміни навантаження. У поєднанні зі зменшеною мертвою зоною це дозволяє цифровим сервомашинкам набагато «жорсткіше» тримати заданий напрямок, в порівнянні зі звичайними машинками. Подивіться графік, де показано, за який час цифрова і звичайна машинка можуть розвинути максимальне зусилля.
На практиці це означає, що якщо ви спробуєте повернути важіль рульової машинки, то в разі цифрової машинки відгук виникне швидше, зусилля більше, а значить, і позиціонування буде точніше. А в якості розплати ми будемо мати підвищене енергоспоживання.
Деякі цифрові машинки дозволяють працювати з більш високою частотою проходження імпульсів. Наприклад, багато гіроскопів з режимом Heading Hold дозволяють збільшити швидкість передачі даних в 3 рази. Тривалість імпульсів, що йдуть з гіроскопа на рульову машинку, буде змінюватися в стандартних межах (700–2000 мкс), але період буде не 20 мс, а близько 7 мс. Це дозволяє додатково збільшити швидкість реакції всієї системи на зовнішні впливи.
Вище було розказано про ключові відмінності. Можна ще додати, що оскільки в цифрових машинках є мікроконтролер, деякі виробники додають в нього додаткові сервісні функції. Наприклад, цифрові сервомашинки фірми Multiplex дозволяють програмувати всі ключові характеристики:
- Крайні положення (робочий сектор може бути розширено з 90 до 180 градусів)
- Центральне положення
- Реверс
- Швидкість перекладки (її можна зменшити)
Крім того, в сервомашинки додана функція FailSafe.
Що стосується програматорів цифрових машинок, то вони можуть мати саме різне виконання. Наприклад, у фірмиHitec, програматор HFP-10, поєднаний з тестером, виглядає ось так:
Завдяки поліпшеним характеристикам, цифрові сервомашинки незамінні в тих місцях, де необхідно:
- Більша роздільна здатність (менша мертва зона і більш точне позиціонування)
- Більш швидкий відгук (більш високе прискорення)
- Постійне зусилля протягом усього часу перекладки качалки
- Більш високе зусилля для утримання качалки на заданій позиції
Проте, треба пам'ятати про ціну цих машинок і про їх підвищене енергоспоживання, щоб не застосовувати їх без особливої необхідності. В основному цифрові машинки будуть доречні на чемпіонських моделях, та й то не скрізь. Також цифрові машинки будуть хороші при роботі в парі з гіроскопом.
