Принцип действия сервомашинки

Рассмотрим, как работает сервомашинка в первом приближении. Из статьи о передатчиках вы знаете, что на сервомашинку от приемника приходит импульсный сигнал с периодом 20 мс и с длительностью от 0,8 до 2,2 мс. Для того чтобы понять, как данный сигнал преобразуется в поворот качалки, мы рассмотрим типовую структурную схему сервомашинки:
http://www.rcdesign.ru/var....ch1.gif

Схема состоит из генератора опорного импульса (ГОП), к которому подключен потенциометр обратной связи , компаратора (К), устройства выборки-хранения (УВХ) и силового моста, в диагональ которого включен электромотор (М). (Здесь базы транзисторов-ключей объединены условно).

Управляющий импульс от приемника приходит на компаратор и одновременно запускает генератор опорного импульса. Длительность опорного импульса зависит от положения потенциометра обратной связи, механически соединенного с выходным валом. В среднем положении качалки длительность равна 1,5 мс, в крайних положениях - 0,8 и 2,2 мс соответственно. Управляющий и опорный импульсы сравниваются компаратором по длительности. Разностный импульс появляется на верхнем, либо нижнем выходах компаратора, в зависимости от того, какой из сравниваемых импульсов длиннее. Длина разностного импульса определяет величину рассогласования между "требуемым" и "имеющимся" положением руля модели. Эта величина измеряется и запоминается в виде постоянного потенциала на время цикла управляющего импульса в устройстве выборки-хранения. (Здесь также дано упрощение работы УВХ. В действительности постоянный потенциал открывает ключи лишь при большом разностном импульсе, а при малых его значениях ключами управляет пропорционально удлиненный разностный импульс). Выходы последнего управляют ключами силового моста.

Проследим, как меняются сигналы в разных режимах работы сервомашинки:
Положение качалки соответствует положению джойстика на передатчике. При этом длительности управляющего и опорного импульсов в сервомашинке равны. На обоих выходах компаратора нули. Они же хранятся в устройстве выборки-хранения. Ключи обоих плеч моста закрыты, мотор обесточен, качалка сохраняет свое положение.
Пилот изменяет положение джойстика так, что управляющий импульс увеличился. Тогда компаратор на верхнем выводе выдаст разностный импульс. Его величина будет запомнена в УВХ. Верхний выход УВХ откроет 1 и 3 ключи моста. На мотор подано напряжение. Он начнет через редуктор поворачивать качалку и соответственно потенциометр обратной связи так, что длительность опорного импульса начнет возрастать. Такое состояние продлится столько циклов управляющего импульса, пока с его длительностью не сравняется длительность опорного импульса. После этого компаратор закроет ключи моста. Мотор остановится.
Пилот перемещает джойстик в другую сторону. Управляющий импульс становится короче опорного. Разностный импульс появляется на нижнем выводе компаратора и через УВХ отпирает ключи 2 и 4 моста. Мотор начинает крутить через редуктор качалку и потенциометр обратной связи, но уже в другую сторону до тех пор, пока длительности импульсов опять не сравняются.
Пилот не трогает передатчик. Руль модели, воспринимая нагрузку во время движения, стремится повернуть качалку сервомашинки. При этом изменяется длина опорного импульса, разностный импульс с компаратора через УВХ открывает пару ключей моста так, что мотор передает на редуктор момент, препятствующий повороту качалки внешней силой. Происходит силовое удержание положения качалки.

Мы рассмотрели принцип работы сервомашинки в первом приближении. В действительности все не так просто. Например, что произойдет, если на сервомашинку поступит некорректный сигнал? К примеру, импульс длительностью 3 мс от помехи. В этом случае поведение сервомашинки зависит от алгоритмов, заложенных в управляющей плате. Цифровые машинки проверяют входной сигнал на корректность, и "неправильный" сигнал отрабатывать не будут. Простейшие платы управления, структура которых дана в этой главе, начнут отрабатывать "неправильную" команду. Сервомеханика загонит выходной вал до упора, и будет держать сервомотор под напряжением, пытаясь продвинуть его дальше. Поломки, как правило, не произойдет, но бортовой аккумулятор начнет интенсивно разряжаться. Другие тонкости мы рассмотрим позднее.