[发明专利]舵机控制器、舵机控制方法以及控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种可以同时对多个舵机进行控制的舵机控制器、舵机控制方法以及控制系统。

背景技术

舵机在航模、车模、船模以及机器人等领域有广泛的应用。舵机的工作原理就是控制一个电机，让它转过设定的角度然后停在这个位置。目前舵机作为单独的一个控制系统存在，控制端一般通过PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制协议对其进行控制。

参考附图1，现有技术中的舵机结构示意图，舵机可以分为几部分：转速控制模块11、电机12、减速齿轮13、转动力臂14和电位器15。

转速控制模块11分别与电机12以及电位器15相连，根据外部输入的PWM信号计算出目标角度，并接收电位器15的反馈值来确定当前角度，然后根据目标角度和反馈值这两个数值计算出误差信号，再根据误差信号产生电机12的驱动信号。电机12进一步与减速齿轮13相连，其转速快慢由转速控制模块11输入的驱动信号控制。电机12可以为直流或交流电机。减速齿轮13进一步与转动力臂14相连，用于将电机12的快速转动转换为相应的角度。比如减速齿轮13比为400:1，则意味着电机12转过400圈，经过减速齿轮13后转动力臂14转1圈，对应360度。转动力臂14进一步与电位器15相连，转动力臂14是一个传动装置，可以带动负载转到设定的角度。电位器15是一个反馈装置，转动力臂14在转动的同时会在电位器15上滑动产生不同的电压值，电位器15将所产生的电压值反馈给转速控制模块11。

舵机的转速控制模块对转速的控制可以参考附图2。将外部输入的PWM信号进行目标值计算；将计算出目标角度以及接收到的电位器反馈值输入比较器；通过比较器比较后由电机驱动产生模块产生电机驱动信号。按照舵机的控制方式，舵机可以分为模拟舵机和数字舵机两种。这两种舵机的主要区别在比较器和电机驱动产生模块。模拟舵机主要是用模拟电路的方式来实现电位器和设定位置的电位比较，然后产生控制信号来让电机转动；数字舵机则将电位器反馈的电压量经过模数转换器（ADC）采样为数字信号后对其进行处理，用一些算法来计算出电机的控制信号让电机转动以达到设定位置。

通常一个大的控制系统里面会有多个舵机，每个舵机以单独的系统形式存在，舵机控制器可以通过PWM信号对多个舵机进行控制，如图3所示现有技术中一个舵机控制器对N个舵机进行控制的系统框图。

但是现有技术的不足之处在于：舵机包括转速控制模块、电机、减速齿轮、转动力臂以及电位器，结构复杂；存在多个舵机时，每个舵机以单独的系统形式存在，增加了系统成本和系统复杂度。因此需要一种新的舵机控制系统，可以简化舵机的结构，同时大大简化对多个舵机进行控制的系统的复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种舵机控制器、舵机控制方法以及控制系统，解决现有技术中舵机结构复杂；多个舵机中每个舵机以单独的系统形式存在，增加了系统成本和系统复杂度的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种舵机控制器，包括一输入输出单元、一模数转换单元以及一中央处理单元；所述输入输出单元用于接收至少一舵机的电位器所传送的电位；所述模数转换单元与所述输入输出单元相连，用于对每一所述电位进行采样，分别获得相应舵机的电机当前转过的角度；所述中央处理单元与所述模数转换单元相连，用于根据所获得的电机当前转过的角度，通过电机控制算法获取相应电机需要的驱动信号；所述输入输出单元进一步与所述中央处理单元相连，用于将所述驱动信号传送至相应的电机，控制此电机转动，从而驱动相应的舵机达到设定位置。

进一步，所述输入输出单元采用分时复用的方式接收相应的电位，以及输出相应的电机驱动信号。

进一步，所述输入输出单元包括一输入选择模块、输出选择模块以及状态控制模块；所述输入选择模块与所述状态控制模块相连，用于根据所述状态控制模块产生的选择信号从所述输入输出单元接收的多个电位中选择相应的电位；所述模数转换单元与所述输入选择模块相连，用于对所述输入选择模块所选择的电位进行采样，获得相应电机当前转过的角度；所述输出选择模块分别与所述模数转换单元以及所述中央处理单元相连，用于根据所述模数转换单元获得的相应电机当前转过的角度进行输出选择，通过所述中央处理单元采样相应的电机控制算法产生驱动信号；所述状态控制模块进一步与所述输出选择模块相连，用于在所述输出选择模块产生驱动信号后，产生新的选择信号。