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发布时间： 2026-09-27
现在很多人关注SG90这款设备, 因为它是一个微型RC（遥控）舵机, 它的优点在于体积很小, 接线非常简单, 所以在航模领域、教学实验活动以及中小型机器人项目里面被非常广泛地使用,其核心功能是可以将一条PWM电信号转换成精确的角度位移过程伟创动力舵机, 当输入特定的脉宽信号时, 舵臂就会转到对应的角度位置并进行锁止操作, 它不会继续转动下去, 在应用过程中有两个问题是目前出现频率非常高的两类问题, 一个是内部怎么工作, 另一个是外部怎么发信号, 搞清楚这两个方面是非常重要的。
下面这段内容会直接把原理给拆开讲清楚, 同时还可以得到完整控制参数。
工作原理：闭环位置控制
SG90内部由三个模块协作完成角度定位：
1. 减速齿轮组的作用在于, 是将电机的这种高速且低扭矩的旋转状态进行转化, 从而将其变为在输出端上的那种低速并且大扭矩的状态, 以此来驱动舵臂。
2. 位置反馈电位器安装在输出轴的末尾处, 把当前的机械角度转换成一串电压数值。
3. 控制电路板会不断地去比较那个目标角度所要对应的电压和电位器实际反馈回来的电压这两个数值, 一旦发现它们之间存在偏差, 就会驱动电机进行正转或者是反转的操作, 等到这个偏差的值变成了零的时候, 电机它就会停止转动。
这通常被描述为正反馈闭环的一种典型表现, 但是呢, 我们来举一个简单的例子说明一下这个过程, 就是你发送一个脉宽为 1.5ms 的信号以后, 然后电路板会去算出对应的目标电压是多少度, 也就是那个对应的是 90° 的目标电压, 然后再去读取电位器的实际值是多少, 然后看这两者之间差了多少, 那就补多少, 一直补到误差缩小到在允许的阈值范围之内为止, 此时才停止这个操作过程。
的话, SG90 这种设备的本质特点在于它是在于“停在哪一个位置”, 而不是在于“转动得有多快”——它属于的是位置控制类型的控制模式, 并不属于速度控制类型。只有把这个概念理解了, 才能够正确地去设计相关的控制策略。
PWM控制方法与关键参数
控制SG90这个设备, 其实只需要用到一条信号线就可以了。它的核心参数主要有以下几个内容:
信号的周期是固定的, 也就是20毫秒。这个频率对应的是50赫兹。在每20毫秒的时间段内, 完整发送一个脉冲。这个过程不可以中断或间断。
高电平脉宽的具体对应关系表现为, 当脉宽为0.5ms的时候, 对应的角度是0°, 而当脉宽增加至1.5ms的时候, 对应的角度变为90°, 若脉宽进一步达到2.0ms时, 则对应180°的方向, 上述这些位置之间的参数变化采用的是线性插值的方法来处理。
供电电压的要求是在<4.8V>到<6.0V>之间, 并且使用的是直流电。
三根的线其具体的定义情况如下所示,其中红色的那一条线代表的是VCC伟创动力, 棕色的那一条线代表的是GND, 而橙色和白色的那一根线代表的则是信号。
具体的实际操作过程应该是下面这样的。
1. 把那个信号线连接到单片机上面去, 可以连到它的PWM通道上面, 也可以连到它的定时器输出上面。
2. 根据公式来算一下占空比的具体情况, 这里需要用到目标角度这个数值, 目标角度的具体计算方式是拿脉宽减去零点五这一个操作步骤之后除以一点五这个数字再乘以九十度, 这就是那个算式了。
3. 以20ms为周期持续刷新脉冲。
4. 设备通电以后, 发送持续时间为1.5毫秒的中位信号。在确认舵机摇臂没有出现异常的跳动现象之后, 再把角度值逐步调整至目标位置。
常见问题与排查（以实际案例说明）
出现一个比较普遍的情况, 就是舵机的动作会在目标角度附近不停颤抖, 同时会发出来自内部的类似“嗡嗡”的声音, 这种高频故障通常由下面这几种原因造成:
供电电压低于4.8V的时候, 在负载存在的条件下, 齿轮组的回差会变大, 反馈的电压状态不稳固, 控制板于是就会反复地对这种情况进行修正。
如果信号线的长度太长, 也就是超过了15cm这个数值, 或者是阻抗没有匹配好, 那么PWM波形就会出现变形的情况, 并且脉宽的偏差会超过±0.1ms。
③齿轮出现磨损现象或者是发生卡顿, 导致电位器的实际位置一直跟目标存在持续的偏差, 使得闭环控制系统无法达到收敛的状态。
对应处理方案具体如下: 供电电压提升至为5V, 并且需在红线处并联100～220μF的电解电容以起到滤波作用；信号线的长度控制在10厘米以内, 同时串联连接阻值为100Ω的电阻, 从而抑制尖峰脉冲现象；对齿轮进行拆卸检查, 查看是否有碎屑残留, 或是否存在打滑、缺油的情况。
核心结论与行动建议
这里需要再次做一个明确的强调, SG90这个元件属于闭环位置控制类型的器件, 它的停留角度是由周期为20毫秒、脉冲宽度在0.5到2.0毫秒之间的那一类PWM信号来决定的, 它的作用并不是让电机一直不停地转动好几圈, 而是要精确地停在某个特定的角度位置上。
动手前建议：
在设备处于空载工作的条件下, 使用示波器或者是逻辑分析仪来对脉宽精度进行确认, 最终得出的结果要求是不低于正负零点零五毫秒。
在多路舵机进行并联操作的时候, 总的电流可能会出现超过500mA的情况, 这个时候需要采取单独的供电方式, 或者增加稳压模块, 来避免因为电压跌落而导致的抖动问题。
对每组的脉宽乘以实际角度的映射数值进行记录。然后将这些记录的数值应用于软件系统里。在软件中进行操作的目的, 是为了完成对齿轮间隙所导致的系统偏差的补偿工作。
把上面提到的那些参数还有排除故障的路径给弄明白了以后, 像SG90这种舵机的大多数控制方面的问题和出故障的情况, 都能够在一次操作里面就找到原因并且把它解决掉。
