Как можно охарактеризовать и компенсировать динамическое воздействие тока двигателя на цифровой компас?

11

Цифровые компасы (магнитометры) требуют калибровки твердого / мягкого железа, чтобы быть точными. Это компенсирует магнитные помехи, вызываемые находящимися рядом металлическими предметами - шасси робота.

введите описание изображения здесь

(изображение с http://diydrones.com )

Однако цифровые компасы также чувствительны к электрическим полям, вызванным относительно большим количеством тока, потребляемого двигателями.

Чтобы получить точные показания компаса, каков наилучший способ измерения (и компенсации) помех, вызванных изменением уровней тока двигателя?

Ян
источник
1
Я никогда не обнаруживал, что двигатели действительно сильно нарушают магнитные показания. Сначала я бы сделал несколько измерений, а затем решил, стоит ли его компенсировать.
Якоб
Что это был за робот и какого размера из любопытства? И означает ли «не очень много» погрешность менее 0,5 градуса или менее 3 градусов?
Ян
Четырехколесный робот, массой около 15 кг, 80 Вт. ИДУ на расстоянии около 20 см от моторов. Ошибка в оценке ориентации из-за работы двигателей была ниже 1 градуса. На данных была небольшая пульсация. Не измерял, но думаю менее 1%.
Якоб

Ответы:

7

Как правило, это невозможно. Это потому, что двигатели обычно вращаются очень быстро, создавая быстро колеблющиеся магнитные поля. Достаточно ли возмущения, зависит от того, насколько велики двигатели.

Например, потому что я установил IMU (Inertial Measurement Unit) с магнитометрами рядом с некоторыми двигателями, и был вынужден отключить магнитометры, чтобы измерения не влияли на оценку состояния.

На практике решения, которые наиболее вероятно решат вашу проблему:

  • отодвиньте компас / магнитометр от двигателей
  • используйте экранирующий материал (в основном материал с высокой магнитной проницаемостью). Они не блокируют магнитные поля, но поскольку они обеспечивают путь с низким магнитным сопротивлением, они воздействуют на магнитное поле (линии с севера на юг), чтобы пройти через их внутреннее пространство, так что напряженность магнитного поля в других местах ниже.

    Таким образом, наилучшей формой для магнитных экранов является закрытый контейнер, окружающий экранированный объем. Эффективность этого типа экранирования зависит от проницаемости материала, которая обычно падает как при очень низкой напряженности магнитного поля, так и при высокой напряженности поля, когда материал становится насыщенным. Таким образом, для достижения низких остаточных полей магнитные экраны часто состоят из нескольких корпусов, расположенных один внутри другого, каждый из которых последовательно уменьшает поле внутри него. - Википедия / Магнитное экранирование

    Таким образом, вы можете обернуть моторы защитным материалом, таким как:

    • Хирон
    • MagnetShield
    • PaperShield
    • Магнитная защитная пленка
    • Плиты Mag-Stop
    • Metglas
    • JointShield
    • Finemet (для частотных полей кГц)
    • CobalTex

    Хороший сайт для сравнения этих материалов - LessEMF.com Magnetic Field Shielding


Теоретически возможно исправить магнитное возмущение без экранирования. Нам нужно знать, что есть два возможных источника - вращающийся постоянный магнит и / или ток в катушках. Если у нас есть обратная связь о положении ротора, мы можем исправить положение постоянного магнита или катушки. Если вы выполните некоторые эксперименты, записав ток и положение ротора, вы сможете уместить модель магнитного поля. Подгонка необходима, потому что фактическую напряженность поля очень трудно рассчитать, поскольку внешний вид магнитного поля зависит от размера и формы магнита и катушек.

На практике это трудно сделать - если двигатель не вращается очень медленно, а ваш датчик и модель достаточно точны. Во-первых, если частота высокая, это может вызвать проблемы из-за проблем синхронизации и задержек связи. Если вы не можете синхронизировать данные, полученные из обратной связи двигателя (положение и ток) и от ваших магнитометров, вы увеличите свою неопределенность. Даже если частота низкая, вам нужно хорошо контролировать точность:

  • магнитометр
  • модель
  • входы в модель (положение и ток)

Если что-либо из вышеперечисленного недостаточно точное, остаточное магнитное поле (предположительно магнитное поле Земли) может быть очень неточным.

В целом, точность может быть уменьшена путем:

  • частота
  • напряженность поля двигателя (поскольку для уравнения , если два члена с правой стороны велики, даже с точностью до 1%, принятие разницы может привести к большой неопределенности с левой стороны)residuemagneticfield=rawmeasurementmotormodel
  • разрешение сенсора
ronalchn
источник
Я ожидал бы, что зависящие от вращения помехи усредняются со временем, так что это будут только помехи статора и проводки. Разве это не так?
Ян
Точная форма сглаживания не определена. Выборка, которая влияет на сглаживание, зависит от реализации. Например, он берет несколько выборок и усредняет одно значение? Есть ли фильтр нижних частот (для удаления очень высокочастотного шума)? Если вы действительно хотели, возможно, это можно исправить, но это очень быстро усложняется. Фактически, поскольку датчик может делать это, наблюдаемое возмущение также может зависеть от скорости, поэтому ваша модель еще более сложна.
ronalchn