3. 调试前的系统检查与静态标定

水下机器人的深度控制调试，最忌讳“一上来就调PID”。在控制器参数尚未介入之前，系统本身必须处于可信状态：压力传感器读数要准、深度换算关系要正确、推进器方向要符合约定、通信与日志链路要完整。否则后续观察到的深度偏差、振荡或超调，很可能不是控制算法的问题，而是标定或接线错误被控制器“放大”了。本章围绕四项静态检查展开：压力传感器零位与量程校验、深度换算系数确认、推进器极性测试、通信与日志链路检查。

一、先明确坐标与符号约定

深度控制涉及多个符号，必须在检查前统一。本教程约定：以水面为深度零点，向下为正，深度 d 单位为米（m）；压力传感器输出为电压 V（V），传感器安装位置相对机体基准点的垂直偏移记为 h_s（向下为正）。若传感器安装位置低于基准点，则传感器感受到的静压对应深度为 d + h_s，换算回机体深度时需减去该偏移。全文与图示均采用此约定，后续章节不再重复说明。

二、压力传感器零位与量程校验

压力传感器是深度闭环的唯一反馈源，其零位误差会直接变成深度稳态误差。零位校验应在传感器未接触水、处于大气压环境下进行：上电预热3～5分钟待读数稳定，记录原始电压 V0。以某型0～1 MPa量程、0.5～4.5 V输出的传感器为例，若空载读数稳定在0.502 V，而理论零压输出为0.500 V，则零位偏差约2 mV。按满量程4 V对应1 MPa、约100 m水深估算，2 mV约折合5 cm水深，对精细定深而言不可忽略，应在采集端做零偏补偿。

量程校验需要给传感器施加已知压力。工程上常用两种方式：一是用标准压力源（手压泵或气压校验台）逐点加压，记录0%、25%、50%、75%、100%量程处的输出；二是将传感器放入已知深度的水柱或压力罐中比对。校验时重点看两点：输出是否单调、线性度是否在允许范围内。若某点偏差超过满量程的1%，应检查供电、密封与信号线屏蔽，必要时更换传感器。下表为示例校验记录（数据为教学假设，非实测）：

该示例中最大偏差12 mV，约合满量程0.3%，线性度可接受，但零位与满量程均有小偏差，建议用两点法重新拟合斜率与截距，而不是直接套用铭牌参数。

三、深度换算系数确认

深度换算的核心是把电压映射为深度。常用两点线性模型：d = k·(V - V0)，其中 k 为深度换算系数（m/V），V0 为零位电压。理论上，淡水静压每10.2 m约增加0.1 MPa，若传感器灵敏度为4 V/MPa，则 k ≈ 10.2 / 4 ≈ 2.55 m/V；海水密度更大，同样压力对应深度略小，约2.48 m/V。实际应以现场水体密度和传感器实测斜率计算，不能照搬。

确认方法：取零位点与一个已知深度点（如将机器人下放至标定绳标记的5.00 m处），记录电压 V1，计算 k = (d1 - 0) / (V1 - V0)。若算得 k 与理论值偏差超过5%，应排查传感器安装深度偏移 h_s 是否被遗漏、水体密度取值是否合理。确认后将 k、V0、h_s 写入配置文件，并在日志中打印，便于回溯。

四、推进器极性测试

推进器极性决定“正指令是否产生向下运动”。测试应在岸上或浅水安全条件下进行，拆下螺旋桨或固定机体，避免意外推进。逐个推进器给短时小占空比指令（如+20%，持续1 s），观察转向与推力方向，并记录到接线表。垂直推进器约定：正指令产生向下推力（使深度增大）。若某推进器反转，可在软件中取反输出，或调换电机两根相线，二者选其一并统一记录，避免后续重复修改。

测试时还要确认推进器编号与控制器通道一一对应。常见错误是左右垂直推进器接反，导致横滚耦合，深度控制时出现“越调越偏”。建议用一张接线核对表逐项打勾，并在日志中打印每个通道的测试指令与响应方向。

五、通信与日志链路检查

深度调试依赖实时反馈，通信中断会让控制器“盲调”。检查内容包括：上位机与主控的链路是否稳定（串口波特率、网口IP与端口）、心跳与超时机制是否生效、丢包率是否可接受。可用连续ping或串口回环测试观察1～2分钟，记录丢包与延迟。日志链路要确认三点：深度原始电压、换算后深度、推进器指令是否都被记录；时间戳是否统一；日志文件是否可正常落盘与回读。建议在正式下水前做一次“干跑”：手动给定几个深度目标，确认日志中能看到完整的输入—输出序列。

完成上述四项检查后，系统才具备进入动态调试的条件。此时应保存一份标定记录（含 V0、k、h_s、各推进器极性、通信参数与日志路径），作为后续复现和排障的基准。若动态调试中出现深度稳态偏差，优先回查零位与 h_s；若出现方向性振荡，优先回查推进器极性与通道映射。