鄭達(dá)　杜曉海

摘要：本文針對某型舵機(jī)組件在全產(chǎn)品系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時出現(xiàn)的舵位指示器輸出電壓周期不清問題進(jìn)行了分析，并提出了解決措施，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證表明了措施的有效性，提高了舵位指示器的可靠性。

1 問題現(xiàn)象

舵機(jī)組件通過轉(zhuǎn)接電纜與控制上位機(jī)連接，上位機(jī)發(fā)送工作指令使舵機(jī)組件轉(zhuǎn)動。同時，控制計(jì)算機(jī)采集舵位指示器的輸出電壓，通過回放采集到的測試數(shù)據(jù)判定舵機(jī)組件是否正常工作?？刂粕衔粰C(jī)發(fā)送的工作指令為三角波，控制計(jì)算機(jī)采集舵位指示輸出電壓波形趨勢也應(yīng)為三角波，但實(shí)際測試過程中，部分測試到的數(shù)據(jù)顯示三角波上附著了大量的毛刺，且干擾幅值與控制信號幅值基本等同，導(dǎo)致輸出波形失真，引起舵機(jī)組件功能失效。

2問題查找過程

2.1 組成及功能

舵機(jī)組件由3個通道的舵機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動電路等組成;單通道舵機(jī)由電機(jī)、三級行星齒輪及蝸輪蝸桿組成的傳動機(jī)構(gòu)、舵位指示器等組成;舵位指示器電容器部件、印制板部件、殼體部件等組成。舵機(jī)組件通過接收上位機(jī)控制指令，舵機(jī)驅(qū)動電路對控制指令進(jìn)行解析，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，使舵位指示器電容器部件耦合容值變化，從而達(dá)到舵位指示器輸出電壓的變化。

2.2 問題現(xiàn)象排查

由于舵位指示器的輸出電壓存在了大量干擾毛刺，所以從舵指自身的功能、結(jié)構(gòu)和原理上進(jìn)行分析，認(rèn)為以下問題可能導(dǎo)致舵指輸出電壓波形異常。

2.2.1 電路板部件問題

為驗(yàn)證電路板部件差異性引起舵指輸出波形周期不清，將周期不清舵指的電路板進(jìn)行互換，周期不清的舵指輸出波形仍周期不清，且前后波形形態(tài)基本一致，說明舵指電路板一致性良好，電路板部件不會影響舵指輸出電壓波形。

2.2.2 外部干擾超出范圍

考慮不同舵電機(jī)及舵驅(qū)對舵指的干擾程度不同，將周期不清的舵指分別安裝在舵機(jī)組件的3個通道上進(jìn)行試驗(yàn)，該臺舵指輸出波形均不清，且3個通道的輸出波形基本一致。通過舵指安裝位置置換試驗(yàn)可知，輸出波形周期不清的舵指安裝在舵機(jī)組件的不同位置，舵指輸出波形仍不清，且前后波形形態(tài)對比一致，說明外部安裝位置干擾對舵指波形周期不清無影響。

2.2.3殼體、殼體外部引線整體屏蔽性

從舵位指示器本身結(jié)構(gòu)上考慮，舵指的正負(fù)極、輸出導(dǎo)線均為普通導(dǎo)線，舵指導(dǎo)線未進(jìn)行隔離屏蔽處理，舵機(jī)組件生產(chǎn)時會使用防波套對舵指導(dǎo)線進(jìn)行屏蔽處理，但屏蔽效果不徹底，防波套并不會與舵指內(nèi)部殼體連接。針對此問題，將舵指原有導(dǎo)線更換為屏蔽線，并將屏蔽線與殼體內(nèi)部連接，使外殼與蓋板接觸相連。通過多套產(chǎn)品試驗(yàn)波形前后對比，舵指屏蔽線改進(jìn)后周期不清問題有所改善，但舵指輸出波形不平滑，仍存在較多的雜波，說明舵指殼體、殼體外部引線整體屏蔽性不是造成舵指輸出波形周期不清的主要因素。

2.2.4 電容器動片耦合干擾

分析電容器部件在電路板上的接線方式，發(fā)現(xiàn)動片接電源正端，可能將干擾耦合進(jìn)舵指電路中，若將動片電源接地，可避免電容耦合。將電容器部件定片、動片在電路板上的焊接位置置換，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)舵指輸出波形平滑，說明電容器動片耦合是造成舵指輸出波形周期不清的主要因素。

3原理分析

舵位指示器主要由電容器部件和印制板電路構(gòu)成，通過轉(zhuǎn)動舵指的齒輪，使電容器部件的容值發(fā)生變化，舵指輸出與齒輪偏轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的電壓值。電容器部件主要由定片和動片組成，動片轉(zhuǎn)動會改變動片與定片之間正對面積，進(jìn)而改變電路中電容容值，從而引起舵指電壓輸出的變化。電容計(jì)算公式如下：

電容器部件進(jìn)行充放電時，定片、動片分別需要與電壓兩端進(jìn)行連接，軸和動片是導(dǎo)電接觸的，軸與齒輪通過襯套隔開，這相當(dāng)于在動片上耦合了一個電容。據(jù)此分析，定片、動片接線方式對于電容器部件充放電的影響如下：

1）耦合電容接電源端

該接線方式下的充放電電路如圖1所示。等效耦合電容一端接電源正端，一端接殼體地，舵指進(jìn)行充放電時相當(dāng)于耦合上了一個等效耦合電容，影響充放電輸出電壓，進(jìn)而導(dǎo)致舵指輸出電壓波形周期不清。由于等效耦合電容是由機(jī)械結(jié)構(gòu)（軸和齒輪之間）形成的，不同舵指安裝形成的耦合容值不一致，對舵指電壓輸出波形周期產(chǎn)生的影響也不一致。

2）耦合電容接地端

等效耦合電容一端接電源地，一端接殼體地，舵指進(jìn)行充放電時由于等效耦合電容兩端接地，不會影響充放電輸出電壓，從而也不會影響舵指輸出波形。

舵指的輸出電路如圖2所示，電容器部件輸出信號與參考電壓做減法，經(jīng)過兩級放大后直接輸出至外部。經(jīng)動片耦合進(jìn)入的干擾將引起產(chǎn)品輸出電壓的穩(wěn)定性。由于舵指整體屏蔽性能較差，且輸出線上沒有任何濾波措施，會導(dǎo)致輸入的干擾信號直接傳遞到輸出信號上，以上問題會使舵指抗干擾性能欠缺。

從問題排查和原因分析上看出，舵位指示器輸出電壓波形異常是由于自身抗干擾能力差導(dǎo)致，采取電容器部件定片、動片接線位置更改和屏蔽線改進(jìn)措施后，可以有效的解決舵指輸出電壓周期不清的問題。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)原因分析可知，舵指電容器部件定片、動片在線路板上接線位置影響產(chǎn)品的抗干擾性能，并且進(jìn)行屏蔽改進(jìn)后能進(jìn)一步提高舵指的電磁環(huán)境適應(yīng)性。為驗(yàn)證更改電容器部件定片、動片在電路板上的接線位置是否能夠解決舵指電壓輸出波形周期不清的問題，將多套故障產(chǎn)品的電容器部件定片、動片接線位置進(jìn)行更改，且進(jìn)行屏蔽改進(jìn)，所有故障產(chǎn)品輸出波形幅值、周期均良好。試驗(yàn)結(jié)果表明以上改進(jìn)能有效的解決舵指周期不清的問題。

結(jié)論

針對舵機(jī)組件進(jìn)行全產(chǎn)品系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時舵位指示器輸出波形周期不清的問題，從原理分析和試驗(yàn)驗(yàn)證兩個方面進(jìn)行工作，確認(rèn)舵指本身抗干擾能力欠缺。為解決此問題，提出了電容器部件定片、動片接線位置更改及屏蔽線改進(jìn)，且通過試驗(yàn)表明能有效的提高舵位指示器的抗干擾能力，消除舵指周期不清的問題，提高了產(chǎn)品的可靠性。