CN104973265B - 一种电动舵机零位校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动舵机零位校准方法，该方法可以快速调节舵机装舱后的零位使其满足零位精度要求。本发明采用软件实现了舵机零位的校准，通过增加舵机零位校准通信命令，FLASH中存储舵机当前电气零位，对舵机机械偏转角度与电气角度进行换算等软件代码，就能将舵机零位调整到位，同时不影响舵机的正常偏转。本发明提出的舵机机械零位校准方法简单有效，无需拆除舵机重新调整零位，具有软件易实现、舵机调零快、成本低等优点，可以大大提高舵机装舱工作效率。
Description
技术领域
本发明属于电动伺服领域，具体涉及一种电动舵机零位校准方法。
背景技术
舵机装舱后要求舵机机械零位必须在舵舱表面两条零位刻线以内，且零位误差要小于0.3°，同时要求舵机角度电位器反馈的当前角度，即舵机电气零位也在零度附近。装舱后舵机的机械零位及电气零位都必须满足零位精度要求，只有这样舵机输出轴连接舵面后，舵面的零位精度才有保证。
由于机械加工、装配及舵机零位检测等多方面因素，会导致舵机装舱后机械零位不准。目前常用的解决方法：一是严格要求机械加工的公差，提高舵机舱体、舵机机械接口的加工精度；二是设计专用舵机调零工装设备，使用工装来保证舵机装舱后的零位精度要求；三是制定舵机装舱操作专用流程，通过复杂的操作流程来满足舵机装舱后的零位精度要求。上述解决方法，不仅研制成本高，而且装舱效率低，特别是批量舵机产品装舱时，严重制约着装舱的工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动舵机零位校准方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明无需拆除舵机重新调整零位，具有软件易实现、舵机调零快、成本低等优点，可以大大提高舵机装舱工作效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电动舵机零位校准方法，包括以下步骤：
步骤一：舵机装舱后检测舵机机械零位是否在两条零位刻线以内，若是，此时舵机机械零位与电气零位重合，不进行零位校准，若否，则进入步骤二；
步骤二：舵机控制器接收总线下发的舵偏控制命令，控制舵机向零位刻线内转动，并检测舵机机械零位是否在两条零位刻线以内，若是，此时舵机机械零位与电气零位不重合，则进入步骤三，若否，则重复步骤二；
步骤三：舵机控制器接收总线下发的零位校准命令，舵机控制器中的处理器获取舵机当前偏转角度，将该角度作为舵机电气零位，并进行存储，校准操作完成后舵机进入正常工作模式。
进一步地，舵机在正常工作模式下，处理器首先读取舵机电气零位，然后将舵偏角指令值换算成舵偏电气角度参与舵机位置闭环控制，同时将采集到的舵机偏转角度换算成机械偏转角度，最后处理器通过总线上传舵机机械偏转角度。
进一步地，舵机在正常工作模式下，若用户要获取舵机电气零位，通过总线向舵机控制器发送校准查询命令，处理器读取舵机电气零位，并通过总线上传给用户，校准查询操作完成后舵机仍处于正常工作模式。
进一步地，舵机在正常工作模式下，若用户要清除舵机电气零位，通过总线向舵机控制器发送校准清零命令，处理器将当前舵机电气零位清零，校准清零操作完成后舵机仍处于正常工作模式。
进一步地，步骤三中将舵机电气零位写入到处理器的片内FLASH中进行存储。
进一步地，将舵偏角指令值换算成舵偏电气角度的方法为：舵机电气零位用A-ZR表示，舵偏指令值用A-ANG表示，舵偏电气角度用A-SET表示，则A-SET＝A-ANG+A-ZR。
进一步地，将采集到的舵机当前偏转角度换算成机械偏转角度的方法为：舵机电气零位用A-ZR表示，舵机当前偏转角度用A-RT表示，机械偏转角度用A-ANG表示，则A-ANG＝A-RT–A-ZR。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明方法可以快速调节舵机装舱后的零位使其满足零位精度要求，采用软件实现了舵机零位的校准，通过增加舵机零位校准通信命令，存储舵机电气零位，对舵机机械偏转角度与电气角度进行换算等软件代码，就能将舵机零位调整到位，同时不影响舵机的正常偏转。本发明提出的舵机机械零位校准方法简单有效，无需拆除舵机重新调整零位，具有软件易实现、舵机调零快、成本低等优点，可以大大提高舵机装舱工作效率，是一种通用的舵机机械零位校准方法，可满足导弹、无人机、智能炸弹等系统中电动舵机的零位校准需求。
附图说明
图1为本发明的电动舵机零位校准流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
一种电动舵机零位校准方法，包括以下步骤：
步骤一：舵机装舱后用直角尺、塞尺等测量工具检测舵机机械零位是否在两条零位刻线以内，若是，此时舵机机械零位与电气零位重合，不进行零位校准，若否，则进入步骤二；
步骤二：舵机控制器接收总线下发的舵偏控制命令，控制舵机向零位刻线内转动，并检测舵机机械零位是否在两条零位刻线以内，若是，此时舵机机械零位与电气零位不重合，则进入步骤三，若否，则重复步骤二；
步骤三：舵机控制器接收总线下发的零位校准命令，舵机控制器中的处理器获取舵机当前偏转角度，将该角度作为舵机电气零位，并写入到处理器的片内FLASH中进行存储，即完成零位校准操作后，舵机当前偏转角度和舵机电气零位是同一个值，校准操作完成后舵机进入正常工作模式。
舵机在正常工作模式下，处理器首先从FLASH中读取舵机电气零位，然后将舵偏角指令值换算成舵偏电气角度参与舵机位置闭环控制，将舵偏角指令值换算成舵偏电气角度的方法为：舵机电气零位用A-ZR表示，舵偏指令值用A-ANG表示，舵偏电气角度用A-SET表示，则A-SET＝A-ANG+A-ZR；同时将采集到的舵机偏转角度换算成机械偏转角度，将采集到的舵机当前偏转角度换算成机械偏转角度的方法为：舵机电气零位用A-ZR表示，舵机当前偏转角度用A-RT表示，机械偏转角度用A-ANG表示，则A-ANG＝A-RT–A-ZR；最后处理器通过总线上传舵机机械偏转角度。
在正常工作模式下，控制命令不断变化，舵机当前偏转角度也跟着舵偏指令值变化，而舵机电气零位是不变的，就是校准操作时存储在FLASH中的那个值。
舵机在正常工作模式下，若用户要获取舵机电气零位，通过总线向舵机控制器发送校准查询命令，处理器从FLASH中读取舵机电气零位，并通过总线上传给用户，校准查询操作完成后舵机仍处于正常工作模式。
舵机在正常工作模式下，若用户要清除舵机电气零位，通过总线向舵机控制器发送校准清零命令，处理器将FLASH中存储的舵机电气零位清零，校准清零操作完成后舵机仍处于正常工作模式。
下面对本发明的实施过程作进一步描述：
本发明的目的在于改变现有舵机产品装舱零位校准存在操作复杂、效率低、成本高的问题。目前舵机零位校准较为复杂，首先转动舵机输出轴将舵机机械零位调整到位；接着调整角度电位器使舵机的电气零位满足要求；然后将舵机装舱，装舱过程中不断调整安装螺钉，并使用直角尺、卡尺等工具测量舵机机械零位；若舵机零位满足精度要求，则拧紧安装螺钉，否则就要重复前三步的操作。
为了简化舵机机械零位校准操作，实现快速、高效的舵机零位调整目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的，参见图1：
①增加舵机零位校准相关通信协议
目前舵机控制器多通过422串行总线接收舵偏控制命令，并上传舵偏角当前值。本发明在现有总线通信协议中增加舵机零位校准命令、校准清零命令及校准查询命令，实现舵机电气零位的更改、清零及查询功能。控制器接收到零位校准命令后，获取舵机当前电气角度，将该角度作为新的电气零位；控制器接收到校准清零命令后，将舵机电气零位清零；控制器接收到零位查询命令后，通过总线上传舵机电气零位。
②FLASH中存储舵机电气零位
未接收到舵机零位校准命令之前，处理器的FLASH中存储的舵机电气零位是初始值零度。若控制器接收到零位校准命令，并进行了相应的操作，那么处理器片内FLASH中的电气零位会被改写成角度电位器反馈的当前角度值。若想使舵机电气零位重新回到零度，只需发送校准清零命令，FLASH中的电气零位会被立即改写成零度。
③计算舵偏机械角度与电气角度
通常情况下，舵机的电气零位与机械零位是重合的。若控制器执行了零位校准操作，那么舵机的电气零位就与机械零位不再重合。由于舵机偏转的角度是以机械零位为参考，当电气零位不是零度时，必须将接收到的舵偏机械角度换算成舵偏电气角度后，才能参与舵机位置闭环控制。同时角度电位器反馈的总是舵机的电气角度，也需要换算成舵机当前的机械角度才能上传到总线。
●舵机零位校准相关协议的实现
在舵机控制器原有422总线通信协议中增加3种与校准有关的通讯命令，表1所示的后三种命令，这三种命令均为单字节命令，无参数，通讯数据格式及内容如表2所示。
表1 总线通讯命令描述
| 序号 | 命令 | 命令字 | 功能说明 |
| 1 | 自检查询命令 | 0x21 | 查询舵偏角当前值，命令后面无参数 |
| 2 | 舵偏控制命令 | 0x32 | 控制舵机转到相应角度，命令后面跟舵偏角参数 |
| 3 | 零位校准命令 | 0x43 | 将当前舵偏角作为电气零位，命令后面无参数 |
| 4 | 校准清零命令 | 0x54 | 将电气零位清零，命令后面无参数 |
| 5 | 校准查询命令 | 0x65 | 查询舵机电气零位，命令后面无参数 |
表2 通讯数据格式及内容
舵机控制器完成3种校准命令后，需通过总线上传应答数据包，以告知用户当前的校准命令是否完成。应答数据包的格式与命令数据包一致，其中零位校准命令应答和校准清零命令应答不带参数，校准查询命令应答包含4只舵机当前的电气零位值。
●舵偏机械角度与电气角度的换算
舵机装舱后输出轴的机械零位与电气零位重合。若机械零位不在零位刻线内，就通过总线下发舵偏控制命令控制舵机输出轴偏转到机械零位刻线内，此时舵机的电气零位不再是零度，而是偏转到某个特定角度，即就是新的舵机电气零位，用A-ZR表示。
控制器接收到舵偏控制命令后，从数据包中解析出的舵偏角参数是舵机的机械偏转角度，即舵偏指令值，用A-ANG表示。舵偏电气角度，用A-SET表示。那么存在如下关系式：
A-SET＝A-ANG+A-ZR (1)
在舵机位置闭环控制回路中，采用舵偏指令值和当前值的电气角度进行控制。因此A-SET是真正参与控制的舵机偏转角度设定值。
处理器采集的舵机角度电位器反馈当前值，即舵机当前偏转角度，用A-RT表示，A-RT是参与控制的舵机偏转角度当前值。控制器上传给总线的是舵机的机械偏转角度，用A-ANG表示，那么存在如下关系式：
A-ANG＝A-RT–A-ZR (2)
若舵机电气零位A-ZR＝0，那么舵机的电气零位就与机械零位重合。上述公式(1)和(2)实现了舵机机械偏转角度与电气角度的相互转换。
Claims (6)
1.一种电动舵机零位校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：舵机装舱后检测舵机机械零位是否在两条零位刻线以内，若是，此时舵机机械零位与电气零位重合，不进行零位校准，若否，则进入步骤二；
步骤二：舵机控制器接收总线下发的舵偏控制命令，控制舵机向零位刻线内转动，并检测舵机机械零位是否在两条零位刻线以内，若是，此时舵机机械零位与电气零位不重合，则进入步骤三，若否，则重复步骤二；
步骤三：舵机控制器接收总线下发的零位校准命令，舵机控制器中的处理器获取舵机当前偏转角度，将该角度作为舵机电气零位，并进行存储，校准操作完成后舵机进入正常工作模式，舵机在正常工作模式下，处理器首先读取舵机电气零位，然后将舵偏角指令值换算成舵偏电气角度参与舵机位置闭环控制，同时将采集到的舵机偏转角度换算成机械偏转角度，最后处理器通过总线上传舵机机械偏转角度。
2.根据权利要求1所述的一种电动舵机零位校准方法，其特征在于，舵机在正常工作模式下，若用户要获取舵机电气零位，通过总线向舵机控制器发送校准查询命令，处理器读取舵机电气零位，并通过总线上传给用户，校准查询操作完成后舵机仍处于正常工作模式。
3.根据权利要求1所述的一种电动舵机零位校准方法，其特征在于，舵机在正常工作模式下，若用户要清除舵机电气零位，通过总线向舵机控制器发送校准清零命令，处理器将当前舵机电气零位清零，校准清零操作完成后舵机仍处于正常工作模式。
4.根据权利要求1所述的一种电动舵机零位校准方法，其特征在于，步骤三中将舵机电气零位写入到处理器的片内FLASH中进行存储。
5.根据权利要求1所述的一种电动舵机零位校准方法，其特征在于，将舵偏角指令值换算成舵偏电气角度的方法为：舵机电气零位用A-ZR表示，舵偏指令值用A-ANG表示，舵偏电气角度用A-SET表示，则A-SET＝A-ANG+A-ZR。
6.根据权利要求1所述的一种电动舵机零位校准方法，其特征在于，将采集到的舵机当前偏转角度换算成机械偏转角度的方法为：舵机电气零位用A-ZR表示，舵机当前偏转角度用A-RT表示，机械偏转角度用A-ANG表示，则A-ANG＝A-RT–A-ZR。
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