舵机测试实验报告

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

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、把舵机输入端连接到舵机测试仪的输出端，把舵机测试仪接上电源

3、把测试仪的输出端连上示波器，系统连接完成如下图3。

4、打开示波器电源，手动微调一下舵机测试仪，使其偏转角度尽可能的小，用游标转盘精确的量出偏转的角度并记录下来；从示波器上读出PWM 波的周期以及高电平部分持续时间，并记录下来。 先从0°一直测到30°，然后再从0°测到-30°。

图3 系统连线实拍图

四、实验器材

示波器，S3156高精度舵机，舵机测试仪，转台，电源，导线。

舵机具体的选择标准如下：

1、质量在10g 以内的微型数字舵机，尽量减少RUA V 总重

2、速度0.160s （即舵机偏转60

需要0.1s ）左右 3、输出力矩0.23Servo M kg cm >∙

其中，PWM 波周期是恒值ms .516T =，电源输出电压V 5U =。

六、数据处理

1、用matlab 对43组输入输出数据进行描点和一阶曲线拟合（如图4）：

顺时针旋转30° 逆时针回转30° PWM 波输入时间μt ∆（单位：ms ） 占空比∆ 舵机输出角度θ（单

位：°） PWM 波输入时间μt ∆（单位：ms ） 占空比∆ 舵机输出角度θ（单位：°） 1.53 9.27％ 0.3 1.54 9.33％ -2.1 1.51 9.15％ 1.5 1.56 9.45％ -5.7 1.49 9.03％ 2.9 1.58 9.58％

-7.6 1.47 8.91％ 4.5 1.59 9.64％

-9.4 1.46 8.85％ 6.3 1.61 9.76％

-10.8 1.44 8.73％ 7.0 1.62 9.82％

-12.5 1.43 8.67％ 8.4 1.64 9.94％

-14.0 1.41 8.56％ 9.1 1.66 10.06％ -15.8 1.40 8.48％ 11.1 1.67 10.12％ -16.6 1.38 8.36％ 12.5 1.69 10.24％ -17.9 1.37 8.30％ 14.2 1.70 10.30％ -19.4 1.35 8.18％ 15.7 1.72 10.42％ -21.2 1.33 8.06％ 17.3 1.74 10.55％ -22.5 1.32 8.00％ 19.1 1.75 10.61％ -23.7 1.30 7.88％ 20.7 1.77 10.73％ -25.6 1.28 7.76％ 22.5 1.78 10.79％ -27.0 1.27 7.70％ 24.0 1.80 10.91％ -28.4 1.25 7.58％ 25.9 1.82 11.03％ -29.8 1.24 7.52％ 27.1 1.83 11.09％

-31.9 1.22 7.39％ 28.9 1.85 11.21％

-33.5 1.20 7.27％

30.1 1.19 7.21％

31.9 1.17 7.09％

33.9

图4

由测试结果可知，PWM 波的占空比与舵机的输出角度呈良好的线性关系，拟合的一阶曲线函数为1945.1504126.16+∆-=θ。

2、求42组输入输出的差值的平均值（即在这个测试仪下的舵机精度）：

︒=∆++∆=

∆0.6142421θθθ ms t t t 01619.042421=∆+∆=∆ μ

︒=∆∆ms t 01012.0/θμ

七、总结

手动控制舵机测试仪只能时舵机的精度保持在1.6°，达不到1°的理想要求。但是由

μt ∆与θ∆的比值可知每变动0.01ms 的PWM 波的高电平持续时间舵机能变动1°。

由于这个实验使用的舵机测试仪的精度和手动控制局限性，并不能使PWM 波高电平持续时间的变化精度为0.01ms ，实际控制的时候会采用NI 公司的PWM 信号输出卡，可以高精度的控制PWM 波的占空比，所以在实际控制过程中精度肯定好于1.6°，预估值是1°。

'