[具身智能-796]：直流电机的信号死区？并图示

2026/8/8 10:15:33

直流电机信号死区（控制死区）

概念：控制器输出PWM 控制指令已经不为 0，但电机实际转速 / 输出转矩仍然为 0的输入区间，属于非线性环节。 ❗区分：
信号死区（控制死区）：指令‑转速非线性，摩擦、压降造成，毫秒‑百毫秒级；
H 桥死区时间 (dead‑time)：MOS 管防直通保护，微秒级硬件延时，二者完全不同。

示意图形（文本 ASCII 图，可直接复制到笔记）

图 1：指令 PWM ➜ 实际转速关系曲线

横轴：控制器 PWM 输出指令（‑255 ~ +255）纵轴：电机实际转速

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转速 ↑ | ↗ | ↗ | ↗ -----|----┌─┘ 正向死区：0 ~ +D+ | │ |────┘ 死区区间：[-D‑ , +D+]，指令在这个范围内电机不动 │ └─┐ ↘ ↘ ↘ → PWM指令 -D⁻ 0 +D⁺

\(+D_+\)：正向启动阈值，PWM 大于 \(D_+\) 电机才开始正转
\(-D_-\)：反向启动阈值，PWM 小于 \(-D_-\) 电机才开始反转
\(\boldsymbol{-D_- \sim +D_+}\)：信号死区，此区间内 PWM≠0，但转速 = 0

工程上：\(|D_+| \neq |D_-|\)，正负死区往往不对称。

图 2：时间域现象：阶跃小指令落在死区

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指令(PWM) ^ | ____ |____| | +------------------> t 实际转速 ^ | | |_________________> t 【指令已经输出，但电机完全不动】

图 3：PID 闭环下死区引发极限环振荡（低速来回抖）

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位置 ^ ╭─╮ ╭─╮ | │ │ │ │ |────┘ └────┘ └────→ t 反复小幅来回震荡，无法收敛到目标

原理：

存在位置误差，PID 输出小指令，落入死区，电机不动；
误差持续存在，PID 积分不断累加；
积分累积到突破死区阈值，电机突然转动，直接冲过目标位置；
反向误差产生，又重复上述过程，形成来回抖动。

死区产生根源

机械静摩擦（主导）：齿轮箱、轴承静摩擦力，必须克服静摩擦才能启动；转动后动摩擦变小，维持转动的 PWM 可以比启动 PWM 更低。
电气压降：H 桥 MOS 导通电阻、电机电刷、绕组内阻，小 PWM 时有效电压被损耗吃掉。
齿轮回差换向时齿轮需要走完间隙，输出轴无运动，等效换向死区。

重要现象：启动阈值 > 维持阈值例：PWM=140 才转起来；转起来之后 PWM=60 就可以维持低速转动。

死区带来工程问题

开环：低速段 PWM‑转速严重非线性，小指令无响应。
闭环定位：目标点附近极限环振荡、来回抖动。
换向滞后：指令已经换向，输出轴短暂无动作。
启动卡顿：要么不动，一动就冲出去。

常用补偿思路

阈值抬升补偿：输出落在死区内，直接把输出抬到启动阈值。

运行

//示例：PWM范围‑255~255 #define D_PLUS 140 #define D_MINUS -120 int pwm = pid_out; if(pwm>0 && pwm<D_PLUS) pwm = D_PLUS; if(pwm<0 && pwm>D_MINUS) pwm = D_MINUS;