舵机高精度测试实验报告

舵机测试实验报告

张冲

一、实验目的

为了较好的设计旋翼无人机的舵机控制系统，必须首先确定舵机的旋转精度，舵机精度的高低直接影响控制的精度。如果舵机的精度达到1°，那么我们现有的控制方式将能很好的实现舵机的控制，从而保证旋翼无人机控制系统的精度。如果达不到1°，那么我们需要根据舵机的实际精度来改进控制方式，使其尽可能的满足旋翼无人机的控制要求。所以我们设计了这个舵机测试实验来验证S3156型舵机精度能否达到1°。

二、实验原理

如图1，舵机的控制信号是脉冲宽度调制(Pulse Wide Modulator，PWM)信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。

图1 PWM控制信号(左图) 实测得PWM信号(右图) 受到舵机测试仪给出的PWM控制信号之后，与舵机相连的指针将发生偏转，偏转变化

量将通过转台刻度读出。如果舵机输出位置精度达到1，则满足设计要求。

图2舵机精度测试平台

三、实验步骤

1、把舵机固定在转台中央，使得舵机的转子与转台的圆心重合

2、把舵机输入端与PWM波输出卡的一路输出端相连

3、用网线把PWM波输出卡的主机和电脑连接起来（如图3）

4、打开电脑基于labview的PWM波控制界面，测试舵机在逆时针方向上从-30°到30°的线性特性，然后测试舵机在顺时针方向上从30°到-30°的线性特性，记录每组试验结果。

5、通过第4步实验得出的舵机偏转角度每改变1°时，占空比的改变量，来测试舵机转向1°时的实际偏转角度，即舵机的死区测试。

图3 系统连线实拍图

四、实验器材

S3156高精度舵机，PWM波输出卡，PWM波输出卡主机，电脑，转台，稳压电源，导线。

五、实验数据

因为舵机变向时有明显的死区，所以我们把实验分成顺时针转动和逆时针转动时分别测

逆时针旋转顺时针旋转

偏转角度占空比偏转角度占空比

-30 0.4606 30 0.7879

-29 0.4657 29 0.7828

-28 0.4707 28 0.7778

-27 0.4758 27 0.7728

-26 0.4808 26 0.7678

-25 0.4859 25 0.7628

-20 0.5112 20 0.7376

表1 死区测试：

按照上面表1的数据，可知每一度角度变化对应的占空比变化为0.00505，所以我们设计先从逆时针转动时30°对应的占空比减小1°对应的占空比也就是0.00505，读出舵机实际偏转角度；然后再从顺时针转动时的-30°对应的占空比减少1°对应的占空比，读出舵机实际偏转角度（入表2）。

表2

六、数据处理

1、用matlab 对34组输入输出数据进行描点和一阶曲线拟合并画出舵机的死区跳跃特性曲线（如图4）：

图4

由测试结果可知，PWM波的占空比与舵机的输出角度在同方向上呈良好的线性关系，输出可以非常好的精确到1°，但是在转向的时候有4°的死区，转向时的最低转动角度为5°，也就是说当我需要转向1°的时候，必须先控制PWM波继续往之前的方向偏转4°，然后再给舵机反方向上转1°的占空比，舵机将向反方向上偏转5°，则舵机刚好达到我们要求的转向1°。

七、总结

通过这次采用的高精度PWM波输出卡测试舵机，我们测试出舵机的同方向上能非常好的达到1°的控制精度，但是一旦舵机转向，舵机的齿轮就要填补间隙形成死区，而且常规的死区是我给系统比较小的输入变化值，系统输出不发生变化，当输入达到一定大小时系统输出才开始变化，而我们测试的舵机是你给它一个很小输入变化值，那么舵机马上自己填补间隙并且再往前偏转你给定的变化值对应的角度，直接造成了转向时给小角度输入却发生相对大幅的角度偏转，为我们控制带来了不便。为了使得系统达到我们的控制精度，控制系统必须先判断舵机是否发生转向，如果转向，继续确定其发生哪个方向上的转向，然后根据我们的死区测试结果使其继续往原方向上偏转一定角度后，再矫正PWM波使舵机转向到你所需要的角度。

·