Jak scharakteryzować i skompensować dynamiczny wpływ prądu silnika na kompas cyfrowy?

Kompasy cyfrowe (magnetometry) wymagają dokładnej kalibracji twardego / miękkiego żelaza. Kompensuje to zakłócenia magnetyczne powodowane przez znajdujące się w pobliżu metalowe przedmioty - podwozie robota.

(zdjęcie z http://diydrones.com )

Jednak kompasy cyfrowe są również podatne na pola elektryczne spowodowane stosunkowo dużą ilością prądu pobieranego przez silniki.

Aby uzyskać dokładny odczyt kompasu, jaki jest najlepszy sposób pomiaru (i kompensacji) zakłóceń powodowanych przez zmianę poziomów prądu silnika?

Zasadniczo nie jest to możliwe. Wynika to z faktu, że silniki zwykle obracają się bardzo szybko, tworząc szybko zmieniające się pola magnetyczne. To, czy zakłócenia są wystarczające, zależy od wielkości silników.

Na przykład, ponieważ zamontowałem IMU (Inercyjne urządzenie pomiarowe) z magnetometrami w pobliżu niektórych silników i byłem zmuszony wyłączyć magnetometry, aby uniknąć pomiaru wpływającego na oszacowanie stanu.

W praktyce najbardziej prawdopodobne są rozwiązania problemu:

• odsuń kompas / magnetometr od silników

• stosować materiał ekranujący (w zasadzie materiał o wysokiej przepuszczalności magnetycznej). Nie blokują pól magnetycznych, ale ponieważ zapewniają ścieżkę o niskim oporze magnetycznym, atakują pole magnetyczne (linie z północy na południe), aby przejść przez ich wnętrze, tak że natężenie pola magnetycznego jest gdzie indziej niższe.

  Najlepszym kształtem dla ekranów magnetycznych jest zatem zamknięty pojemnik otaczający ekranowaną objętość. Skuteczność tego rodzaju ekranowania zależy od przepuszczalności materiału, który zasadniczo spada zarówno przy bardzo niskich natężeniach pola magnetycznego, jak i przy wysokich natężeniach pola, w których materiał ulega nasyceniu. Aby uzyskać niskie pola resztkowe, ekrany magnetyczne często składają się z kilku obudów, jedna w drugiej, z których każda sukcesywnie zmniejsza pole wewnątrz. - Wikipedia / Ekranowanie magnetyczne

  W ten sposób można owinąć silniki materiałem ekranującym, takim jak:

  • Giron
  • MagnetShield
  • PaperShield
  • Magnetyczna folia ochronna
  • Płyty Mag-Stop
  • MetGlas
  • JointShield
  • Finemet (dla pól częstotliwości kHz)
  • CobalTex

  Dobrym miejscem do porównania tych materiałów jest osłona pola magnetycznego LessEMF.com

Teoretycznie możliwe jest skorygowanie zaburzeń magnetycznych bez ekranowania. Musimy mieć świadomość, że istnieją dwa możliwe źródła - obrotowy magnes stały i / lub prąd w cewkach. Jeśli mamy informacje zwrotne o położeniu wirnika, możemy skorygować położenie magnesu stałego lub cewki. Jeśli wykonasz jakieś eksperymenty, rejestrując prąd i pozycję wirnika, powinieneś być w stanie dopasować model pola magnetycznego. Montaż jest konieczny, ponieważ rzeczywiste natężenie pola jest bardzo trudne do obliczenia, ponieważ wygląd pola magnetycznego zależy od wielkości i kształtu zarówno magnesu, jak i cewek.

W praktyce jest to trudne - chyba że silnik obraca się bardzo wolno, a czujnik i model są wystarczająco dokładne. Po pierwsze, jeśli częstotliwość jest wysoka, może powodować problemy z powodu problemów z synchronizacją i opóźnień w komunikacji. Jeśli nie możesz zsynchronizować danych uzyskanych ze sprzężenia zwrotnego silnika (położenia i prądu) i danych z magnetometrów, zwiększysz swoją niepewność. Nawet jeśli częstotliwość jest niska, musisz mieć dobrą kontrolę dokładności:

• magnetometr
• model
• dane wejściowe do modelu (pozycja i prąd)

Jeśli którykolwiek z powyższych nie jest wystarczająco dokładny, resztkowe pole magnetyczne (zakładane, że jest ziemskim polem magnetycznym) może być bardzo niedokładne.

Ogólnie dokładność można zmniejszyć poprzez:

• częstotliwość
• $residue magnetic field = raw measurement - motor model$, jeśli dwa terminy po prawej stronie są duże, nawet z dokładnością 1%, przyjęcie różnicy może spowodować duże niepewności po lewej stronie)
• rozdzielczości czujników