A frequência do zumbido do servo está muito alta? Te ensine 3 dicas para eliminar o ruído

É realmente uma dor de cabeça ver o seuservo"quente" ali. Muitos amigos que acabaram de começar a brincar de robôs ou a fazer projetos DIY, a primeira reação é "Ajustei a velocidade muito rápido?" ou "A frequência PWM não está definida corretamente?" Na verdade, pode haver mais razões para o som incomum produzido peloservodo que você pensa, e nem tudo é necessariamente causado pela frequência. Hoje vamos falar sobre o que causa esse irritante som de “assobio” e como resolvê-lo.

Por que o leme faz barulho?

O núcleo dentro da caixa de direção é um motor DC mais um conjunto de engrenagens de redução e uma placa de circuito de controle. O sinal PWM que damos está essencialmente dizendo "para qual posição você deseja ir". Quando oservorecebe o comando, o motor interno começará a girar e acionar a engrenagem. O motor não irá parar até que o dispositivo de feedback de posição informe à placa de circuito que ele está “no lugar”.

Se este processo "no local" não for perfeito, ou se houver alguma interferência externa, o motor irá ajustar-se repetidamente e ligeiramente perto de uma posição alvo, tal como quando caminhamos e queremos parar num ponto, mas continuamos a balançar em pequenos passos. Essa pequena vibração de alta frequência será transmitida através das engrenagens e se tornará o som "crepitante" que ouvimos. Portanto, este é essencialmente um estado instável do sistema de controle.

Uma frequência muito alta afetará o mecanismo de direção?

A resposta é: sim, mas geralmente não é uma questão de “frequência” definida manualmente. A frequência PWM sobre a qual falamos frequentemente para controlar o servo é geralmente 50 Hz, o que significa enviar um pulso a cada 20 milissegundos. Esta frequência é a “linguagem padrão” dos servos, e a maioria dos servos analógicos e digitais reconhecem isso.

Se você ajustar esta frequência para um valor muito alto, por exemplo, acima de 200 Hz, o circuito de controle do servo poderá não ser capaz de responder. Ele continuará recebendo novas instruções e, antes que tenha tempo de executá-las, a próxima instrução virá novamente. Isso fará com que o servo esteja sempre em um estado de "alcance", causando assobios contínuos de alta frequência, aquecimento e até mesmo danos. Portanto, a menos que o manual do seu servo suporte claramente uma taxa de atualização mais alta, bloqueie-o firmemente em 50Hz.

O que causa vibração e ruído no mecanismo de direção?

Além dos problemas de frequência, a fonte mais comum de sons “crepitantes” é, na verdade, a fonte de alimentação. Quando o servo é iniciado ou bloqueado (como quando preso por uma força externa), a corrente instantânea será muito grande. Se a sua fonte de alimentação tiver capacidade insuficiente ou o cabo de alimentação for muito fino, a tensão será reduzida momentaneamente. Uma vez que o circuito de controle da caixa de direção detecte instabilidade de tensão, ele funcionará facilmente de forma desordenada, causando instabilidade e ruído.

Outra causa comum é mecânica. A carga na correia do servo é muito pesada? Existe algum bloqueio no mecanismo de ligação? Se o servo precisar de muito esforço para manter uma posição, o motor interno continuará a produzir alto torque, produzindo um som de sobrecarga "crepitante". Além disso, para melhorar a velocidade de resposta, o próprio servo digital terá um fraco "jitter de alta frequência" para manter o torque. Este é um fenômeno normal, mas se o ruído ficar mais alto repentinamente, significa que há um problema.

Como avaliar a interferência do sinal do mecanismo de direção

A saída do sinal PWM de nossa placa de controle, como STM32, é uma onda quadrada perfeita em condições ideais. No entanto, no circuito real, se a fiação não for razoável ou se o circuito de alta corrente acionado pelo motor interferir na linha de sinal, as bordas ascendentes e descendentes da onda PWM podem tornar-se irregulares ou até mesmo sobrepostas com ruído.

O chip de controle da caixa de direção é muito sensível a esse sinal "sujo". Ele pode interpretar erroneamente um ruído como pulsos múltiplos, resultando em um julgamento incorreto da posição do servo, resultando em tremores irregulares e sons de "chiado". O método de julgamento também é muito simples. Você pode tentar conectar o servo sozinho a uma fonte de alimentação estável e apenas conduzir a linha de sinal do controlador. Se o ruído desaparecer, é basicamente certo que houve interferência na linha de sinal.

Passos simples para resolver o ruído da caixa de direção

️Etapa um: Verifique a fonte de alimentação.Certifique-se de que sua fonte de alimentação possa fornecer corrente suficiente. Se possível, use um multímetro para verificar se a tensão da fonte de alimentação flutua significativamente quando o servo está funcionando. É altamente recomendável usar uma fonte de alimentação independente para o servo ou conectar um capacitor grande (como 470uF-) em paralelo próximo ao servo de alta potência, que pode absorver efetivamente o impacto da corrente instantânea.

️Etapa 2: endireite as linhas.Separe os fios de sinal e de alimentação do servo e não os amarre aos fios de acionamento do motor. Se as condições permitirem, use pares trançados ou fios blindados para transmitir sinais PWM, e o efeito anti-interferência será muito melhor.

️Etapa 3: Filtragem de software.No código, não envie frequentemente pequenas instruções de alteração ao servo. Por exemplo, o valor PWM é atualizado somente quando o ângulo alvo difere do ângulo atual em mais de 1 grau. Isto pode evitar ajustes desnecessários do servo devido ao pequeno jitter numérico.

Em que circunstâncias você precisa substituir a caixa de direção?

Se sua fonte de alimentação estiver estável, a linha de sinal foi processada e a frequência foi confirmada como o padrão de 50 Hz, mas o servo ainda emite um ruído alto e é acompanhado por calor intenso, resposta lenta ou movimento não linear, então é provável que o próprio servo tenha "fim de vida". O mais comum é que o potenciômetro dentro do servo (a parte que detecta a posição) esteja desgastado, resultando em um feedback de posição impreciso. Isso formará um ciclo vicioso: feedback impreciso -> ajuste desesperado do chip de controle -> maior desgaste do motor e das engrenagens -> maior ruído. Neste momento, substituir um novo servo é a opção mais tranquila.

Dito tudo isso, é melhor verificar o projeto que tem em mãos. A fonte de alimentação não está acompanhando ou há interferência no sinal? Durante o processo de depuração do servo, você encontrou algum ruído estranho e anormal? Bem-vindo a compartilhar sua experiência na área de comentários e vamos nos comunicar e evitar armadilhas juntos. Se você achar este artigo útil, não esqueça de curtir e compartilhar com mais amigos que jogam hardware!