鄭達(dá)　杜曉海

摘要：本文針對(duì)某型舵機(jī)組件在全產(chǎn)品系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)出現(xiàn)的舵位指示器輸出電壓周期不清問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了解決措施，經(jīng)過(guò)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(wèn)題現(xiàn)象

舵機(jī)組件通過(guò)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(dòng)。同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)采集舵位指示器的輸出電壓，通過(guò)回放采集到的測(cè)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(shì)也應(yīng)為三角波，但實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，部分測(cè)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(hào)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(wèn)題查找過(guò)程

2.1 組成及功能

舵機(jī)組件由3個(gè)通道的舵機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成;單通道舵機(jī)由電機(jī)、三級(jí)行星齒輪及蝸輪蝸桿組成的傳動(dòng)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(guò)接收上位機(jī)控制指令，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)控制指令進(jìn)行解析，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)傳動(dòng)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(shuō)明舵指電路板一致性良好，電路板部件不會(huì)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(duì)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(gè)通道上進(jìn)行試驗(yàn)，該臺(tái)舵指輸出波形均不清，且3個(gè)通道的輸出波形基本一致。通過(guò)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(duì)比一致，說(shuō)明外部安裝位置干擾對(duì)舵指波形周期不清無(wú)影響。

2.2.3殼體、殼體外部引線(xiàn)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(xiàn)均為普通導(dǎo)線(xiàn)，舵指導(dǎo)線(xiàn)未進(jìn)行隔離屏蔽處理，舵機(jī)組件生產(chǎn)時(shí)會(huì)使用防波套對(duì)舵指導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行屏蔽處理，但屏蔽效果不徹底，防波套并不會(huì)與舵指內(nèi)部殼體連接。針對(duì)此問(wèn)題，將舵指原有導(dǎo)線(xiàn)更換為屏蔽線(xiàn)，并將屏蔽線(xiàn)與殼體內(nèi)部連接，使外殼與蓋板接觸相連。通過(guò)多套產(chǎn)品試驗(yàn)波形前后對(duì)比，舵指屏蔽線(xiàn)改進(jìn)后周期不清問(wèn)題有所改善，但舵指輸出波形不平滑，仍存在較多的雜波，說(shuō)明舵指殼體、殼體外部引線(xiàn)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(dòng)片耦合干擾

分析電容器部件在電路板上的接線(xiàn)方式，發(fā)現(xiàn)動(dòng)片接電源正端，可能將干擾耦合進(jìn)舵指電路中，若將動(dòng)片電源接地，可避免電容耦合。將電容器部件定片、動(dòng)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(shuō)明電容器動(dòng)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(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)應(yīng)的電壓值。電容器部件主要由定片和動(dòng)片組成，動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)改變動(dòng)片與定片之間正對(duì)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(shí)，定片、動(dòng)片分別需要與電壓兩端進(jìn)行連接，軸和動(dòng)片是導(dǎo)電接觸的，軸與齒輪通過(guò)襯套隔開(kāi)，這相當(dāng)于在動(dòng)片上耦合了一個(gè)電容。據(jù)此分析，定片、動(dòng)片接線(xiàn)方式對(duì)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(xiàn)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(shí)相當(dāng)于耦合上了一個(gè)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(duì)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(shí)由于等效耦合電容兩端接地，不會(huì)影響充放電輸出電壓，從而也不會(huì)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(hào)與參考電壓做減法，經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大后直接輸出至外部。經(jīng)動(dòng)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(xiàn)上沒(méi)有任何濾波措施，會(huì)導(dǎo)致輸入的干擾信號(hào)直接傳遞到輸出信號(hào)上，以上問(wèn)題會(huì)使舵指抗干擾性能欠缺。

從問(wèn)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(dòng)片接線(xiàn)位置更改和屏蔽線(xiàn)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(wèn)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(dòng)片在線(xiàn)路板上接線(xiàn)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(dòng)片在電路板上的接線(xiàn)位置是否能夠解決舵指電壓輸出波形周期不清的問(wèn)題，將多套故障產(chǎn)品的電容器部件定片、動(dòng)片接線(xiàn)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(wèn)題。

結(jié)論

針對(duì)舵機(jī)組件進(jìn)行全產(chǎn)品系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)舵位指示器輸出波形周期不清的問(wèn)題，從原理分析和試驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)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(wèn)題，提出了電容器部件定片、動(dòng)片接線(xiàn)位置更改及屏蔽線(xiàn)改進(jìn)，且通過(guò)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(wèn)題，提高了產(chǎn)品的可靠性。