ביישומים הדורשים בקרת מיקום מחמירה - כגון מפרקי רובוט, יחידות הטיה פנויות ומערכות סרוו ברמת דיוק גבוהה - מקודדים מגנטיים מחליפים במהירות את המקודדים האופטיים המסורתיים הודות לפעולתם ללא מגע, האמינות הגבוהה וחיי השירות הארוכים שלהם. עם זאת, מהנדסים רבים נתקלים בבעיה מתסכלת במהלך איתור באגים בפועל: קריאות זווית לא יציבות, הפגנת קפיצות תקופתיות או רעש אקראי.
הביטויים של ריצוד האות מגוונים: במהירויות נמוכות, קפיצות בזווית קטנה בתדר גבוה גורמות לתנודות לולאת מהירות, רעידות מיקום ואדוות מומנט מוגברות; רוחבי הפולסים של יציאות נצב A/B הופכים לא אחידים, כאשר הפרש הפאזות מתעצבן סביב 90°; במקרים חמורים, מתרחשים אובדן מסגרת תקשורת ותקלות בנתונים, פוגעים ישירות בדיוק הבקרה, גורמים לרעש מנוע חריג, או אפילו מפעילים כיבויים של המערכת.
כפי שציין אחד המהנדסים בפורום מקוון: 'רוחבי הפולסים של יציאות ה-A/B מהריצוד של המקודד המגנטי – אפילו במהירות קבועה, הרוחבים אינם אחידים, בעוד שלקודד האופטי אין בעיה זו.' פריסת חומרה , עיצוב מעגל מגנטי, שלמות האות ועיבוד תוכנה.
2. שלוש סיבות שורש של ריצוד אותות
2.1 שגיאות התקנה מכנית - הגורם הנפוץ ביותר
מקודדים מגנטיים רגישים ביותר למרווח אוויר, קואקסיאליות, הטיה ואקסצנטריות מגנטים. אקסצנטריות מוגזמת מסיטה את מרכז השדה המגנטי, מעוותת את האותות הסינוסואידים ומציגה שגיאות זווית מחזוריות; פער אוויר גדול מדי או קטן מדי משנה את משרעת האות המושרה, מדרדר את יחס האות לרעש ומגביר ריצוד; הטיה צירית גורמת להתפלגות שדה אסימטרית ולעיוות צורת גל. אפילו אקסצנטריות של 0.5 מ'מ יכולה להכניס שגיאות הרמוניות שנייה משמעותיות במהירויות סיבוב גבוהות.
2.2 שדה מגנטי והפרעות סביבתיות
שטף דליפה תועה מקצוות מנוע, קרינת מהפך ושדות מגנטיים מצמודים מכבלים בעלי הספק גבוה יכולים להתייצב ישירות על מישור החישה של המקודד, ולגרום לקפיצות אותות. זרמי מערבולת המושרים בסוגריים מתכתיים ובבתי מנוע גם מחלילים או מעוותים את השדה המגנטי השימושי. יתר על כן, מקודדים מגנטיים רגישים מאוד לחוזק שדה ורגישים לרעידות חזקות בסביבות תעשייתיות קשות.
2.3 בעיות חשמל ותקשורת
אדוות מוגזמות של אספקת החשמל, קרקעות צפות והארקת מיגון חד-קצה לא תקינה מביאים להפרעה במצב משותף. תקשורת I⊃2;C, במיוחד במהירויות גבוהות או למרחקים ארוכים, פגיעה להפרעות, מה שמוביל לתקלות בנתונים וריצוד. תקשורת SPI עלולה לסבול גם מאי התאמה בתזמון ושיעורי שגיאות סיביות גבוהים, וכתוצאה מכך אנומליות נתונים.
3. מ'רמת שבב' ל'פתרונות ברמת המערכת'
טיפול בריצוד האות מצריך גישה מקיפה, כלל-מערכתית.
היבטי חומרה: התקנת מגנט חייבת לפעול לפי עקרון היישור של 'שלושת צירים' - יישור צירי, בקרת פער אנכית מדויקת (מומלץ 0.5 מ'מ - 2.0 מ'מ), והבטחת מקביליות. יש לשמור על מרווח האוויר בסבילות, ויש לשלוט על סטיית הקואקסיאליות מתחת ל-0.03 מ'מ. על ה-PCB, יציקת נחושת וניתוב אסורים מתחת לשבב המקודד; יש לשמור על המרחק בין פיני SPI לפיני MCU בטווח של 10 ס'מ. אדוות אספקת הכוח חייבות להישמר מתחת ל-10 mV, כאשר ניתוק רב-שלבי מופעל.
היבטי תקשורת: העדיפו את ממשק SPI על פני I⊃2;C - SPI של חומרה מציע חסינות רעשים טובה בהרבה מאשר I⊃2;C עם מכות סיביות. קווי SPI צריכים להשתמש בכבלי זוג מעוותים מסוככים, עם אותות דיפרנציאליים עטופים בחוטי הארקה כדי להפחית את EMI. יש להתאים את פרמטרי מהירות התקשורת והתזמון במדויק כדי לשמור על קצב שגיאות הסיביות בגבולות המקובלים.
היבטים אלגוריתמיים: החל אלגוריתמי פיצוי שגיאות לתיקון סטיות התקנה מכניות בתוכנה; השתמש בסינון דיגיטלי כדי לשפר את יחס האות לרעש; ולייעל את ההיגיון לטיפול בריבוי פניות נגד גלישה. פיצוי דינמי להזנה קדימה וכוונון PID אדפטיבי יכולים גם לדכא ביעילות אפקטים של פיגור שנגרמו כתוצאה מהשפעה אחורית של שידור.
4. איכות חומר מגנט - ה'בסיס' של יציבות האותות
כאשר דנים בפתרונות עבור ריצוד האות, מתעלמים לעתים קרובות מהיבט בסיסי אחד: איכות המגנט עצמו . הדיוק של מקודד מגנטי נקבע תחילה על ידי האחידות והיציבות של חלוקת השדה המגנטי. מגנטים זולים עלולים לסבול מקטבים אסימטריים או מעוצמת שדה לא אחידה, ולגרום לעיוות תקופתי בעקומת הפלט. פרמטרים מרכזיים כגון רמננציה (Br) ואחידות שדה פני השטח קריטיים באותה מידה.
5. Hangzhou SDM: שחקן בעל שורשים עמוקים בחומרים מגנטיים
בתחום הבסיסי של חומרים מגנטיים, Hangzhou SDM Magnetics Co., Ltd היא חברה ראויה לציון. נוסדה בשנת 2009 ומרכזה בהאנגג'ואו, זהו מיזם היי-טק לאומי המוקדש למגנטים ופתרונות מגנטיים.
על רקע תעשיית הרובוטיקה הצומחת במהירות, SDM ממנפת את המומחיות העמוקה שלה במגנטים קבועים של אדמה נדירה כדי להתרחב באופן פעיל ליישומים הקשורים לרובוטיקה.
עבור חיישני מקודד מגנטי רובוט, מגנטים קבועים בעלי ביצועים גבוהים הם 'קו ההגנה הראשון' בהבטחת יציבות האות ודיכוי ריצוד. החוזקות הטכניות של SDM בניסוח מגנטים, עיצוב מעגלים מגנטיים ומערכות הרכבה מגנטיות ממקמות אותה היטב כדי למלא תפקיד משמעותי בשרשרת החומרים במעלה הזרם - אספקת פתרונות מגנטים מותאמים אישית עם חלוקת שדה אחידה יותר ויציבות טמפרטורה טובה יותר עבור מקודדים, ובכך להפחית ריצוד הנגרם מאיכות מגנטים נחותה ממש במקור.
ככל שהדרישה למשוב מיקום דיוק גבוה ברובוטיקה ממשיכה לגדול, נושא ריצוד האותות במקודדים מגנטיים יקבל תשומת לב גוברת. התרופה הבסיסית טמונה באופטימיזציה מקצה לקצה - מחומרי מגנט ועד לשילוב מערכות. תפקידה של SDM בשרשרת זו ראוי לתשומת לב מתמשכת מהתעשייה.
SDM Magnetics היא אחת מיצרניות המגנטים האינטגרטיביות ביותר בסין. מוצרים עיקריים: מגנט קבוע, מגנטים ניאודימיום, סטטור מנוע ורוטור, מכלולים של חיישן רזולורט ומגנטים.
לְהוֹסִיף
108 North Shixin Road, Hangzhou, Zhejiang 311200 PRChina
