3.3舵機(jī)舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)，如圖3-19所示。在無人機(jī)以及高檔遙控玩具，如潛艇模型，遙控機(jī)器人等領(lǐng)域已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用。舵機(jī)，是指在自動(dòng)駕駛儀中操縱飛機(jī)舵面（操縱面）轉(zhuǎn)動(dòng)的一種執(zhí)行部件。分有：①電動(dòng)舵機(jī)，由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部件和離合器組成。接受自動(dòng)駕駛儀的指令信號而工作，當(dāng)人工駕駛飛機(jī)時(shí)，由于離合器保持脫開而傳動(dòng)部件不發(fā)生作用。②液壓舵機(jī)，由液壓作動(dòng)器和旁通活門組成。當(dāng)人工駕駛飛機(jī)時(shí)，旁通活門打開，由于作動(dòng)器活塞兩邊的液壓互相連通而不妨害人工操縱。此外，還有電動(dòng)液壓舵機(jī)，簡稱“電液舵機(jī)”。圖5.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類依據(jù)控制方式的特點(diǎn)，舵機(jī)應(yīng)該稱為微型伺服馬達(dá)。早期在模型上使用較多，主要用于控制型的舵面，故俗稱舵機(jī)。舵機(jī)可以在微機(jī)電系統(tǒng)中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其簡單的控制和輸出結(jié)構(gòu)使得單片機(jī)系統(tǒng)非常容易與之接口。舵機(jī)在智能控制領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，如航模、小型機(jī)器人、微小型無人機(jī)等方面均具有重要作用。在民用無人機(jī)機(jī)電系統(tǒng)中，舵機(jī)作為控制輸出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有著非常關(guān)鍵的作用。它通過直接連接飛機(jī)的舵面，控制舵面的狀態(tài)，從而控制飛機(jī)的姿態(tài)。3.3.1舵機(jī)的構(gòu)造舵機(jī)是集成了直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等一系列元器件的機(jī)電一體化產(chǎn)品，封裝在一個(gè)便于安裝的外殼里的伺服單元。能夠利用簡單的輸入信號比較精確地控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度的機(jī)電系統(tǒng)。3.3.1舵機(jī)的構(gòu)造舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)電位器（或其他角度傳感器）用于檢測出齒輪箱輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制板根據(jù)電位器的信息能比較精確的判斷、控制和保持輸出軸的角度。這樣的直流電機(jī)控制方式叫閉環(huán)控制，所以舵機(jī)更準(zhǔn)確地說是伺服馬達(dá)，英文servo。圖5.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類3.3.1舵機(jī)的構(gòu)造舵機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-20所示，舵機(jī)的主體結(jié)構(gòu)主要有：外殼、減速齒輪組、電機(jī)、電位器、控制電路。簡單的工作原理：控制電路接收信號源的控制信號，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪組將電機(jī)的速度成大倍數(shù)縮小，并將電機(jī)的輸出扭矩放大相應(yīng)倍數(shù)，然后輸出；電位器和齒輪組的末級一起轉(zhuǎn)動(dòng)，測量舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度；電路板檢測并根據(jù)電位器判斷舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，然后控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到目標(biāo)角度或保持在目標(biāo)角度。圖5.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類3.3.1舵機(jī)的構(gòu)造3.3.1舵機(jī)的構(gòu)造舵機(jī)的外殼一般具有較為標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸（根據(jù)廠家不同，略有差異）以便于使用設(shè)備模塊化的設(shè)計(jì)和安裝。大部分舵機(jī)采用塑膠制造的外殼，特殊的舵機(jī)可能會有鋁合金外殼。金屬外殼能夠提供更好的散熱，可以讓舵機(jī)內(nèi)的電機(jī)運(yùn)行在更高功率下，以提供更高的扭矩輸出。金屬外殼也可以提供更牢固的固定位置。3.3.1舵機(jī)的構(gòu)造3.3.1舵機(jī)的構(gòu)造舵機(jī)的齒輪箱如圖3-21所示，齒輪箱有塑料齒輪、混合齒輪、金屬齒輪的差別。塑料齒輪成本低，噪聲小，但強(qiáng)度較低；金屬齒輪強(qiáng)度高，但成本高，在裝配精度一般的情況下會有較大的噪聲。小扭矩舵機(jī)、微舵、扭矩大但功率密度小的舵機(jī)一般都用塑料齒輪。3.3.1舵機(jī)的構(gòu)造金屬齒輪一般用于功率要求較高的舵機(jī)上，如輝盛995舵機(jī)。995在和3003一樣體積的情況下卻能提供13kg的扭力。廠家Hitec甚至使用鈦合金作為齒輪材料，其高強(qiáng)度能保證3003大小的舵機(jī)能提供20kg多的扭矩?；旌淆X輪在金屬齒輪和塑料齒輪之間做了折中，在電機(jī)輸出軸上的齒輪扭矩一般不大，可以用塑料齒輪。3.3.2舵機(jī)的性能參數(shù)舵機(jī)主要分為模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)兩種類型。舵機(jī)的性能主要有以下幾個(gè)方面：轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電壓、尺寸、重量、材料等。我們在做舵機(jī)的選型時(shí)要對以上幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。3.3.2舵機(jī)的性能參數(shù)1.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速由舵機(jī)無負(fù)載的情況下轉(zhuǎn)過60°所需時(shí)間來衡量，常見舵機(jī)的速度一般在0.11s/60°~0.21s/60°之間。2.轉(zhuǎn)矩航機(jī)扭矩的單位是kg?cm，這是一個(gè)扭矩單位?？梢岳斫鉃樵诙姹P上距離舵機(jī)軸中心水平距離1cm處，舵機(jī)能夠帶動(dòng)的物體重量。3.3.2舵機(jī)的性能參數(shù)3.電壓廠商提供的速度、轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)和測試電壓有關(guān)，在4.8V和6.0V兩種測試電壓下這兩個(gè)參數(shù)有比較大的差別。如

Futaba

S-9001在4.8V時(shí)扭力為3.9kg、速度為0.22s，在6.0V時(shí)扭力為5.2kg、速度為0.18s。若無特別注明，JR的舵機(jī)都是以4.8V為測試電壓，

Futaba則是以6.0V作為測試電壓。3.3.2舵機(jī)的性能參數(shù)4.尺寸、重量和材質(zhì)舵機(jī)的功率（速度×轉(zhuǎn)矩）和舵機(jī)的尺寸比值可以稱為該舵機(jī)的功率密度，一般同一品牌的舵機(jī)，功率密度大的性能更好，價(jià)格也更高。塑料齒輪的舵機(jī)在超出極限負(fù)荷的條件下使用可能會崩齒，金屬齒輪的舵機(jī)則可能會電機(jī)過熱損毀或外亮變形。3.3.3舵機(jī)的控制原理舵機(jī)是一個(gè)微型的伺服控制系統(tǒng)，工作原理是控制電路接收信號源的控制脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪組將電機(jī)的速度成大倍數(shù)縮小，并將電機(jī)的輸出扭矩放大相應(yīng)倍數(shù)，然后輸出；電位器和齒輪組的末級一起轉(zhuǎn)動(dòng)，測量舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度；電路板檢測并根據(jù)電位器判斷舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，然后控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到目標(biāo)角度或保持在目標(biāo)角度。3.3.3舵機(jī)的控制原理舵機(jī)需要一個(gè)外部控制器（遙控器的接收機(jī)）產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號來告訴舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，脈沖寬度是舵機(jī)控制器所需的編碼信息。3.3.3舵機(jī)的控制原理控制信號由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過級聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3.4數(shù)字