第四章 转向控制模块的设计
4.1舵机控制理论
智能车的转向控制也是一个关键的模块之一，转向性能的好坏，转向控制的适当与否对车子的速度及稳定性起到很大影响。在本智能车系统中采用的是FUTABA公司型号为S3010的舵机，工作电源为6V。其有三条控制线，分别为：电源、地及PWM控制线。
舵机本身是一个位置随动系统，它是由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机和控制电路组成。通过内部位置反馈，使它的舵盘输出转角正比于给定的控制信号，因此对于它的控制可以使用开环控制方式。在负载小于其最大输出力矩的情况下，它的输出转角正比于给定的脉冲宽度。其关系图如图4.1所示。
智能车的转向控制也是一个关键的模块之一，转向性能的好坏，转向控制的适当与否对车子的速度及稳定性起到很大影响。在本智能车系统中采用的是FUTABA公司型号为S3010的舵机，工作电源为6V。其有三条控制线，分别为：电源、地及PWM控制线。
舵机本身是一个位置随动系统，它是由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机和控制电路组成。通过内部位置反馈，使它的舵盘输出转角正比于给定的控制信号，因此对于它的控制可以使用开环控制方式。在负载小于其最大输出力矩的情况下，它的输出转角正比于给定的脉冲宽度。其关系图如图4.1所示。
4.1 舵机转角与脉宽的关系
舵机的控制即是在控制线输入一个周期性的正向脉冲PWM信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在0.5ms～2.5ms之间，而舵机的控制频率在50Hz～200Hz之间，其控制要求如图4.2所示。图4.3表示了一个典型的20ms周期性脉冲的正脉冲宽度与舵机的输出臂位置的关系。
图4.2 舵机控制要求
图4.3 输入脉宽与转角的关系
实际电路中采用S12的PP6和PP7两路PWM通道组合控制舵机的转向。这样可以提高角度控制的精度，一路通道的PWM精度是1/255，两路组合后的精度是1/65535。
4.2舵机响应速度的改善
影响舵机控制特性的一个重要参数是舵机的响应速度，S3010舵机的响应速度约为0.2s/60度。舵机转动一定角度有时间延迟，时间延迟正比于旋转过的角度，反比于舵机的响应速度。而舵机的响应速度直接影响智能车通过弯道时的最高速度，提高舵机的响应速度是提高智能车平均速度的一个关键。工作电压与响应速度有一定关系，适当的提高工作电压可以提高舵机的响应速度。所以我们直接将电池电压7.2V输入到舵机电源端。另外，我们还采用杠杆原理，在舵机的输出舵盘上安装一个较长的输出臂，将转向传动杆连接到输出臂末端。这样可以在舵机输出较小的转角下，取得较大的前轮转角，从而提高了车模的转向控制速度。这里要注意的一点是所加长的安装臂，并不是越长越好。加长了安装臂，会使得加到连杆的力减小，如果力太小的话，有可能在转弯的时候带不动轮子，使车子的转弯性能反而下降，得到相反的效果,所以取其平衡较好。
4.2舵机响应速度的改善
影响舵机控制特性的一个重要参数是舵机的响应速度，S3010舵机的响应速度约为0.2s/60度。舵机转动一定角度有时间延迟，时间延迟正比于旋转过的角度，反比于舵机的响应速度。而舵机的响应速度直接影响智能车通过弯道时的最高速度，提高舵机的响应速度是提高智能车平均速度的一个关键。工作电压与响应速度有一定关系，适当的提高工作电压可以提高舵机的响应速度。所以我们直接将电池电压7.2V输入到舵机电源端。另外，我们还采用杠杆原理，在舵机的输出舵盘上安装一个较长的输出臂，将转向传动杆连接到输出臂末端。这样可以在舵机输出较小的转角下，取得较大的前轮转角，从而提高了车模的转向控制速度。这里要注意的一点是所加长的安装臂，并不是越长越好。加长了安装臂，会使得加到连杆的力减小，如果力太小的话，有可能在转弯的时候带不动轮子，使车子的转弯性能反而下降，得到相反的效果,所以取其平衡较好。
4．3舵机防烧技术
当单片机正在使用BDM或串口下载程序时，单片机程序是不运行的。而此时的舵机是供电的，但是PWM控制输入口相当于悬空。舵机有时候会出现向一边摆尽的状态，并且出现卡死现象。本智能车的调试过程中就遇到这种状况，也因此烧坏了一个舵机。后来发现了问题所在，并重新制作了舵机驱动电路，如图4.4所示。
只要多一个单片机I/O口，当单片机程序运行时，PP0口输出高电平，此时功率管导通，VS电源端和VSO输出电压基本相等，由VSO与舵机的电源端相连；当单片机正在下载程序或在线调试的时候，PP0则默认为输入端，则功率管不导通，VSO输出电压为0，则舵机不供电，所以就避免舵机卡死烧坏。
图4.4 舵机防烧电路
