郑达　杜晓海

摘要：本文针对某型舵机组件在全产品系统联调时出现的舵位指示器输出电压周期不清问题进行了分析，并提出了解决措施，经过试验验证表明了措施的有效性，提高了舵位指示器的可靠性。

1 问题现象

舵机组件通过转接电缆与控制上位机连接，上位机发送工作指令使舵机组件转动。同时，控制计算机采集舵位指示器的输出电压，通过回放采集到的测试数据判定舵机组件是否正常工作。控制上位机发送的工作指令为三角波，控制计算机采集舵位指示输出电压波形趋势也应为三角波，但实际测试过程中，部分测试到的数据显示三角波上附着了大量的毛刺，且干扰幅值与控制信号幅值基本等同，导致输出波形失真，引起舵机组件功能失效。

2问题查找过程

2.1 组成及功能

舵机组件由3个通道的舵机、舵机驱动电路等组成;单通道舵机由电机、三级行星齿轮及蜗轮蜗杆组成的传动机构、舵位指示器等组成;舵位指示器电容器部件、印制板部件、壳体部件等组成。舵机组件通过接收上位机控制指令，舵机驱动电路对控制指令进行解析，驱动电机转动，带动传动机构运转，使舵位指示器电容器部件耦合容值变化，从而达到舵位指示器输出电压的变化。

2.2 问题现象排查

由于舵位指示器的输出电压存在了大量干扰毛刺，所以从舵指自身的功能、结构和原理上进行分析，认为以下问题可能导致舵指输出电压波形异常。

2.2.1 電路板部件问题

为验证电路板部件差异性引起舵指输出波形周期不清，将周期不清舵指的电路板进行互换，周期不清的舵指输出波形仍周期不清，且前后波形形态基本一致，说明舵指电路板一致性良好，电路板部件不会影响舵指输出电压波形。

2.2.2 外部干扰超出范围

考虑不同舵电机及舵驱对舵指的干扰程度不同，将周期不清的舵指分别安装在舵机组件的3个通道上进行试验，该台舵指输出波形均不清，且3个通道的输出波形基本一致。通过舵指安装位置置换试验可知，输出波形周期不清的舵指安装在舵机组件的不同位置，舵指输出波形仍不清，且前后波形形态对比一致，说明外部安装位置干扰对舵指波形周期不清无影响。

2.2.3壳体、壳体外部引线整体屏蔽性

从舵位指示器本身结构上考虑，舵指的正负极、输出导线均为普通导线，舵指导线未进行隔离屏蔽处理，舵机组件生产时会使用防波套对舵指导线进行屏蔽处理，但屏蔽效果不彻底，防波套并不会与舵指内部壳体连接。针对此问题，将舵指原有导线更换为屏蔽线，并将屏蔽线与壳体内部连接，使外壳与盖板接触相连。通过多套产品试验波形前后对比，舵指屏蔽线改进后周期不清问题有所改善，但舵指输出波形不平滑，仍存在较多的杂波，说明舵指壳体、壳体外部引线整体屏蔽性不是造成舵指输出波形周期不清的主要因素。

2.2.4 电容器动片耦合干扰

分析电容器部件在电路板上的接线方式，发现动片接电源正端，可能将干扰耦合进舵指电路中，若将动片电源接地，可避免电容耦合。将电容器部件定片、动片在电路板上的焊接位置置换，试验后发现舵指输出波形平滑，说明电容器动片耦合是造成舵指输出波形周期不清的主要因素。

3原理分析

舵位指示器主要由电容器部件和印制板电路构成，通过转动舵指的齿轮，使电容器部件的容值发生变化，舵指输出与齿轮偏转角度对应的电压值。电容器部件主要由定片和动片组成，动片转动会改变动片与定片之间正对面积，进而改变电路中电容容值，从而引起舵指电压输出的变化。电容计算公式如下：

电容器部件进行充放电时，定片、动片分别需要与电压两端进行连接，轴和动片是导电接触的，轴与齿轮通过衬套隔开，这相当于在动片上耦合了一个电容。据此分析，定片、动片接线方式对于电容器部件充放电的影响如下：

1）耦合电容接电源端

该接线方式下的充放电电路如图1所示。等效耦合电容一端接电源正端，一端接壳体地，舵指进行充放电时相当于耦合上了一个等效耦合电容，影响充放电输出电压，进而导致舵指输出电压波形周期不清。由于等效耦合电容是由机械结构（轴和齿轮之间）形成的，不同舵指安装形成的耦合容值不一致，对舵指电压输出波形周期产生的影响也不一致。

2）耦合电容接地端

等效耦合电容一端接电源地，一端接壳体地，舵指进行充放电时由于等效耦合电容两端接地，不会影响充放电输出电压，从而也不会影响舵指输出波形。

舵指的输出电路如图2所示，电容器部件输出信号与参考电压做减法，经过两级放大后直接输出至外部。经动片耦合进入的干扰将引起产品输出电压的稳定性。由于舵指整体屏蔽性能较差，且输出线上没有任何滤波措施，会导致输入的干扰信号直接传递到输出信号上，以上问题会使舵指抗干扰性能欠缺。

从问题排查和原因分析上看出，舵位指示器输出电压波形异常是由于自身抗干扰能力差导致，采取电容器部件定片、动片接线位置更改和屏蔽线改进措施后，可以有效的解决舵指输出电压周期不清的问题。

4 试验验证

根据原因分析可知，舵指电容器部件定片、动片在线路板上接线位置影响产品的抗干扰性能，并且进行屏蔽改进后能进一步提高舵指的电磁环境适应性。为验证更改电容器部件定片、动片在电路板上的接线位置是否能够解决舵指电压输出波形周期不清的问题，将多套故障产品的电容器部件定片、动片接线位置进行更改，且进行屏蔽改进，所有故障产品输出波形幅值、周期均良好。试验结果表明以上改进能有效的解决舵指周期不清的问题。

结论

针对舵机组件进行全产品系统联调时舵位指示器输出波形周期不清的问题，从原理分析和试验验证两个方面进行工作，确认舵指本身抗干扰能力欠缺。为解决此问题，提出了电容器部件定片、动片接线位置更改及屏蔽线改进，且通过试验表明能有效的提高舵位指示器的抗干扰能力，消除舵指周期不清的问题，提高了产品的可靠性。