电动舵机实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节方法

摘要

本发明公开一种电动舵机实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节方法，舵机控制器具有可调电阻，舵机控制器软件程序中具有修正实际旋转角度与反馈角度对应关系的修正系数k，修正系数k与可调电阻输出电压值成比例关系，调节时首先将舵机安装至外部测设设备；然后上位机向舵机控制器发出旋转角度值为θ的位置控制指令；观察测试设备显示的实际旋转角度，在舵机控制器软件算法实时闭环控制下，调节舵机控制器上的可调电阻实现软件程序内部修正系数k值的调节，从而实现电动舵机实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节，使实际旋转角度到达位置控制指令的角度θ，最后采用专用固定胶水，对可调电阻进行固定，本发明可以实现高效准确的参数调节。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动舵机实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节方法。

背景技术

电动舵机是飞机、导弹等系统中控制飞行器姿态的主要部件。为了实现精确的角度控制，需要为电动舵机安装角度传感器得到角度反馈信号。目前多采用旋转电位器式角度传感器作为角度反馈。电位器机械转轴与电动舵机机械转轴直连，理论上，电动舵机实际旋转角度θ时，电位器输出与机械旋转角度成线性关系的电压值U。其公式为θ＝j*U。舵机控制器采集反馈电压值U_f，利用上述公式，通过程序运算得到反馈角度值θ_f。

在应用中，电位器的绝对精度直接决定了电动舵机的精度性能。因为电位器本身的原理构造，其往往采用独立线性度作为性能指标，而绝对精度往往不能达到指标要求，实际机械旋转角度对应的输出电压曲线(θ-U曲线)的斜率与理论值存在偏差，即真实j值与理论j值存在偏差，通过上述公式运算得到的反馈角度值θ_f不能和实际旋转角度值θ对应。

所以在电动舵机控制等需要实际旋转角度的应用场合需要对电位器得到的反馈角度进行校准。通过增加修正系数k，使θ_f′＝k*j*U_f，来修正舵机控制器运算得到的反馈角度值与实际旋转角度值的偏差，使舵机控制器得到实际旋转角度值。

目前可以通过硬件或软件方式实现此功能。硬件方法是通过模拟运算放大电路对电位器输出的电压值U_f进行放大或缩小的处理，通过调节模拟运算放电电路中的电阻值使其放大倍数为k，进而实现电动舵机实际旋转角度与反馈角度的对应。但该方法需要对舵机控制器上的电阻进行拆卸焊接，降低了生产效率，甚至会降低舵机控制器的可靠性，此外，如果采用标准电阻调节放大倍数则存在不能对修正系数k实现任意连续调节，如果采用可调电阻，因为可调电阻精度不高，温度系数偏大，且和模拟运算放大电路其余电阻温度系数不一致，又将导致模拟运算放大电路的精度明显下降。软件方法是通过在程序运算中增加此系数k。但该方法进行修正系数k的调节需要对每一个舵机控制器进行调试编程下载，同样降低了生产效率。

发明内容

本发明提出了一种利用舵机控制器上的旋转可调电阻实现电动舵机实际旋转角度与反馈角度对应关系调节的新方法，新方法软硬件结合，在舵机控制器程序中设定修正系数k，并通过外部可调电阻实现此参数的调节。该方法目的在于高效精确可靠的进行舵机控制器实际旋转角度与反馈角度对应的关系调节。

本发明的电动舵机实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节方法通过外部测试设备进行测试调节，电动舵机上装有旋转电位器式角度传感器，舵机控制器具有可调电阻，可调电阻的连接电路通过分压原理，输出与动触点位置相关的电压值，其包括：步骤1：将舵机安装至外部测设设备，该测试设备具有精确角度检测功能；步骤2：上位机向舵机控制器发出旋转角度值为θ的位置控制指令；步骤3：观察测试设备显示的实际旋转角度，调节舵机控制器上的可调电阻使实际旋转角度到达位置控制指令的角度θ，步骤4：采用专用固定胶水，对可调电阻进行固定。

优选所述电动舵机为电机与减速器构成的执行机构，通过输出轴旋转带动外部机构旋转。

优选所述舵机控制器中的电路与程序实现电动舵机输出轴的角度控制，接收上位机下发的控制指令，并控制电动舵机输出轴到达指定角度。

优选所述旋转电位器式角度传感器输入为舵机的实际旋转角度，输出为模拟电压，向舵机控制器完成实时的角度反馈。

优选可调电阻输入为动触点的位置，输出为模拟电压，调节可调电阻实现程序内修正系数k的设定。

优选所述外部测试设备可以实现电动舵机实际旋转角度的精确测量与显示。

本发明的有益效果为：

1)、本发明提出了一种电动舵机实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节方法。

2)、该方法利用舵机控制器上的可调电阻对舵机控制器内程序中的修正系数k进行调节，可以简化电动舵机系统的生产工序，提高生产效率。

3)、因为采用分压原理，可调电阻的精度、温度系数等性能指标对电动舵机系统不同工况运行下修正系数k的稳定性无影响。可以实现精确、可靠的电位器反馈角度与电动舵机实际旋转角度的对应关系的调节。

附图说明

图1为采用模拟运算放大电路实现实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节方法的原理框图。

图2为本发明的电动舵机实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节方法的原理框图。

图3为舵机控制器上可调电阻的电路原理。

图4为舵机控制器中设定修正系数k的程序流程图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：在舵机控制器中增加一个可调电阻，舵机控制器通模拟数字转换模块采集可调电阻的输出电压值，做一定滤波处理与比例运算后，设定为内部程序中的修正系数k。通过舵机调节控制器中可调电阻，可以实现电动舵机实际旋转角度与电位器反馈角度对应关系的调节。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为目前采用模拟运算放大电路实现实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节方法的原理框图。图2为本发明电动舵机实际旋转角度与反馈角度对应关系的调节方法的原理框图。其中，与目前方法不同的是，舵机控制器中包括可调电阻，可调电阻的电路连接方式如图3，通过分压原理，输出与动触点位置相关的电压值Voutput，此外输出并联电容进行滤波，输出电压Voutput接舵机控制器上的模拟数字转换模块。舵机控制器得到此电压值后进行滤波、均值、比例运算后设定为修正系数k值，通过调节可调电阻，可以实现输出电压值的调节，进而实现k值的调节，根据公式θ_f′＝k*j*U_f，最终可以实现反馈角度与实际旋转角度的对应。

舵机控制器中的电路与程序实现电动舵机输出轴的角度控制，接收上位机下发的控制指令，并控制电动舵机输出轴到达指定角度。电动舵机为电机与减速器构成的执行机构，通过输出轴旋转带动外部机构旋转。安装于电动舵机上的旋转电位器式角度传感器输入为舵机的实际旋转角度，输出为模拟电压，向舵机控制器完成实时的角度反馈。舵机控制器中的可调电阻输入为动触点的位置，输出为模拟电压，调节可调电阻实现修正系数k的设定，外部测试设备可以实现电动舵机实际旋转角度的精确测量与显示。

具体的角度对应关系调节过程如下：

首先将电动舵机安装至外部测设设备。然后通过上位机向舵机控制器发出旋转角度值为θ的位置控制指令，观察测试设备显示的实际旋转角度，调节舵机控制器上的可调电阻使实际旋转角度到达位置控制指令的角度θ，采用专用固定胶水，对可调电阻进行固定。

图4为舵机控制器中设定对应关系的部分程序流程图，主循环程序主要包括以下步骤：

步骤1：进行模拟信号采样，读取可调电阻输出的电压值。

步骤2：结合历史采样值进行滤波，均值处理，以保证数据的可靠性。

步骤3：对上述最终得到的值进行比例变换，得到合适范围内的值，设定为修正系数k。

步骤4：进行模拟信号采样，读取电动舵机旋转电位器输出的反馈电压值。

步骤5：利用公式θ_f＝j*U_f计算得到原始反馈角度值。

步骤6：利用修正系数k修正上述原始反馈角度值，得到修正后的反馈角度θ_f′＝k*θ_f。

步骤7：利用修正后的反馈角度进行正常控制程序。

下面为按照具体实施方式完成的一个具体实施例：

设计时，可调电阻选用阻值为5K的多圈旋转式可调电阻，接线方式如图3，供电电源为3.3V，结合实际情况，根据经验，假设k值普遍在0.9～1.1之间，设定输出电压为3.3V时k值为1.2，输出电压为0V时，k值为0.8，则程序内k值计算公式为k＝(0.4/3.3)*Voutput+0.8。

在实际操作时，将电动舵机安装到外部测试设备上，通过上位机向舵机控制器下发位置控制指令：+20°，电动舵机开始动作，在闭环控制算法的作用下到达电位器反馈值为+20°的位置，观察外部测试设备显示的实际旋转角度，假设显示实际旋转角度为+22°，则可以旋转可调电阻使电动舵机实际旋转角度逐渐逼近并达到+20°。这是因为可调电阻旋转至某一个位置时，程序内的修正系数k值为1.1，这样通过修正系数k值的调节实现了实际旋转角度与反馈角度对应。最后通过专用胶水对可调电阻进行固定以保证可靠性。

本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。