Ինչպե՞ս լուծել մագնիսական կոդի սկավառակի անկյունային շեղումը ռոբոտի մագնիսական կոդավորիչի սենսորներում:

Շարժման վերահսկման բարձր ճշգրտության ծրագրերում, ինչպիսիք են ռոբոտի միացումները, սերվո շարժիչները և հիմբալները, մագնիսական կոդավորիչներն ավելի ու ավելի են դառնում դիրքի հետադարձ կապի հիմնական սարքերը՝ իրենց ոչ կոնտակտային աշխատանքի, աղտոտիչների նկատմամբ անձեռնմխելիության և կոմպակտ չափի շնորհիվ: Այնուամենայնիվ, շատ ինժեներներ գործնականում բախվում են հիասթափեցնող խնդրի՝  անկյունի շեղում . անկյունի ընթերցումը դանդաղորեն 'թափվում է' նույնիսկ երբ շարժիչը անշարժ է, կամ ճշգրտությունը զգալիորեն նվազում է ջերմաստիճանի փոփոխության հետ: Որտեղի՞ց է գալիս մագնիսական կոդի սկավառակի անկյունային շեղումը, և ինչպե՞ս կարող ենք դա շտկել:

1. Ի՞նչ է անկյունային դրեյֆը և որտեղի՞ց է այն գալիս:

Ա մագնիսական կոդավորիչը հայտնաբերում է շարժիչի լիսեռին կցված մշտական ​​մագնիսի պտտվող մագնիսական դաշտը, թողարկում է սինուս/կոսինուսային ազդանշաններ 90° ֆազային տարբերությամբ, այնուհետև հաշվարկում է անկյունը արկտանգենս ֆունկցիայի միջոցով: Տեսականորեն սա կատարյալ չափման շղթա է: Իրականում, սակայն, տարբեր ոչ իդեալական գործոններ հանգեցնում են նրան, որ անկյան ընթերցումը շեղվում է իրական արժեքից. սա 'անկյան շեղում' է:

Ամփոփելով, անկյունային շեղումը ծագում է երեք հիմնական ասպեկտներից.

1.1 Մեխանիկական տեղադրման սխալներ

Սա ամենատարածված մեղավորն է: Մագնիսի և սենսորի զգայական կենտրոնի (էքսցենտրիկություն), ռոտացիայի առանցքի և չիպի նորմալ (թեքում) անկյունը և օդի չափազանց մեծ կամ տատանվող բացը ուղղակիորեն աղավաղում են մագնիսական դաշտի ազդանշանը: Օրինակ, 0,3 մմ էքսցենտրիսիտետը կարող է առաջացնել ±2,1° անկյան սխալ: Բացի այդ, ոչ միատեսակ մագնիսացումը կամ մագնիսի անկանոն ձևը կարող են հանգեցնել զգայական դաշտի շեղմանը իդեալական սինուսոիդային ալիքի ձևից:

1.2 Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի տատանումներ

Hall սենսորների և ազդանշանի մշակման սխեմաների բնութագրերը փոխվում են ջերմաստիճանի հետ: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, մագնիսի դաշտի ուժգնությունը նվազում է, չիպի օֆսեթ լարումը շեղվում է, և ADC հղման լարումը տատանվում է. Իրական չափումները ցույց են տալիս, որ մագնիսների տարբեր որակների դեպքում զրոյական կետի ջերմաստիճանի շեղումը կարող է վատթարանալ +0,02 °/℃-ից մինչև +0,15 °/℃:

1.3 Արտաքին միջամտություն և դինամիկ գործոններ

Լայնակի միջամտող մագնիսական դաշտը տեղափոխում է Lissajous գործչի կենտրոնը՝ առաջացնելով սխալներ գրեթե բոլոր անկյուններում, բացի 0°-ից և 180°-ից: Ավելին, դինամիկ արձագանքման ուշացումները բարձր արագությամբ շարժիչի աշխատանքի ժամանակ և ազդանշանային աղմուկը էլեկտրամատակարարման ալիքից կարող են անկյան ընթերցման ցնցում և անկայուն դարձնել:

2. Լուծումներ. Սարքավորումների, չափաբերման և ալգորիթմների համադրություն

Անկյունի շեղումը լուծելու համար մեկ 'կախարդական պարբերակ' չկա: Համակարգված մոտեցում է անհրաժեշտ երեք մակարդակներում՝ մեխանիկական տեղադրում, չիպերի չափորոշում և ալգորիթմական փոխհատուցում:

Մակարդակ 1. պինդ ապարատային հիմք – Դադարեցրեք սխալները սկզբնաղբյուրում

Ճշգրիտ տեղադրումը պաշտպանության առաջին գիծն է:  Մագնիսական կոդավորիչները բավականին զգայուն են մոնտաժային թույլատրելիության նկատմամբ: Ընդհանուր առմամբ, օդային բացը պետք է պահպանվի 1,0 մմ-ից 3,0 մմ (2,0 մմ օպտիմալ է), համակցվածության էքսցենտրիկությունը ≤ 0,05 մմ և թեքության անկյունը ≤ 3°: Տեղադրման ընթացքում տրամաչափման համար օգտագործեք թվաչափ կամ լազերային հավասարեցման գործիք: Նաև կոդավորիչը հեռու պահեք ուժեղ մագնիսական միջամտության աղբյուրներից, ինչպիսիք են շարժիչի ոլորունները և ուժային տրանզիստորները. անհրաժեշտության դեպքում ավելացրեք Permalloy մագնիսական վահան:

Մագնիսների ընտրությունը նույնպես կարևոր է:  Ընտրեք մեկ զույգ առանցքային մագնիսացման շրջանաձև մագնիս, որի մակերևութային դաշտի ուժգնությունը 300 մՏ-ից մինչև 500 մՏ է: Ցածր որակի մագնիսները ոչ միայն ունեն անհավասար դաշտեր, այլև վատ ջերմաստիճանային բնութագրեր, որոնք ուղղակիորեն վատթարանում են դրեյֆը:

Էլեկտրամատակարարումը և PCB-ի նախագծումը պետք է հետևեն լավ փորձին:  Հզորության ալիքը պետք է վերահսկվի 10 մՎ-ի սահմաններում, իսկ SPI ազդանշանային գծերը պետք է լինեն կարճ, հավասար երկարությամբ և մաքուր ուղղորդված: Չիպի տակ պղնձե հորդառատներ կամ հետքեր մի դրեք՝ մագնիսական տվիչ տարրերի հետ մակաբուծական հզորության միջամտությունը նվազեցնելու համար:

Մակարդակ 2. Առավելագույնս օգտվեք չիպի չափաբերումից – Գործնականում իրականացրեք գործարանային ճշգրտությունը

Ժամանակակից մագնիսական կոդավորիչ չիպերը սովորաբար ներառում են մի քանի աստիճանաչափման փուլեր, որոնք անկյունային շեղումը կարգավորելու ամենաուղղակի միջոցն են:

Գործարանային տրամաչափում (չիպի մակարդակ).  վաֆլի փորձարկման ժամանակ չիպերի արտադրողն արդեն իրականացնում է DC օֆսեթի փոխհատուցում, ամպլիտուդի անհավասարակշռության ուղղում և քառակուսի սխալի ուղղում` EEPROM-ում պահվող պարամետրերով: Սա ճշգրտության 'հիմք' է։

Օգտագործողի ինքնորոշում (համակարգի մակարդակ).  Տեղադրվելուց հետո պտտեք շարժիչը մեկ ամբողջական պտույտ հաստատուն արագությամբ: Ներկառուցված DSP-ը հավաքում է անկյունային տվյալներ ամբողջ պտույտի ընթացքում և ավտոմատ կերպով նույնականացնում և փոխհատուցում է տեղադրման էքսցենտրիկությունը, օդային բացերի տատանումները և այլ սխալները: Շատ չիպսեր աջակցում են մեկ սեղմումով ձգան՝ առանց արտաքին հոսթ պահանջելու, ինչը շատ հարմար է արտադրության համար:

Դինամիկ ջերմաստիճանի շեղման փոխհատուցում.  չիպը վերահսկում է ջերմաստիճանը իրական ժամանակում: Երբ ջերմաստիճանը շեղվում է չափորոշված ​​արժեքից, այն ավտոմատ կերպով կիրառում է ջերմաստիճանի փոխհատուցման գործակից՝ անկյունը շտկելու համար: Օրինակ, Naxin Micro MT6835-ն օգտագործում է եռաստիճան տրամաչափման համակարգ՝ ջերմաստիճանի ողջ տիրույթի շեղումը ±0,08°-ի սահմաններում պահելու համար:

Մակարդակ 3. Ալգորիթմական փոխհատուցում – Ճշգրտության հետագա բարելավում

Ավելի բարձր ճշգրտություն պահանջող ծրագրերի համար անհրաժեշտ է լրացուցիչ ալգորիթմական փոխհատուցում:

Հարմարվողական առցանց չափաբերում.  Ավանդական օֆլայն տրամաչափումը ամրագրում է փոխհատուցման պարամետրերը և չի կարող հարմարվել երկարաժամկետ շեղմանը ջերմաստիճանի փոփոխությունների կամ մագնիսի ծերացման պատճառով: Հարմարվողական ալգորիթմը, որը հիմնված է ռեկուրսիվ նվազագույն քառակուսիների (RLS) վրա, կարող է թարմացնել փոխհատուցման պարամետրերը իրական ժամանակում՝ պահպանելով անկյան սխալը ±0,05°-ի սահմաններում ողջ ջերմաստիճանի միջակայքում (–40 ℃-ից +125 ℃):

Kalman ֆիլտրում աղմուկի նվազեցման համար.  բարձր հաճախականության աղմուկի համար, որն առաջացնում է անկյունային ցնցումներ, Kalman ֆիլտրը արդյունավետորեն ճնշում է դիտման աղմուկը և բարելավում է անկյան ելքի կայունությունը:

Նյարդային ցանցի փոխհատուցում.  նեյրոնային ցանցի մոդելը կարող է կառուցվել ջերմաստիճանի շեղման բնութագրերին համապատասխանելու համար. սահմանափակ թվով վերապատրաստման կրկնություններից հետո այն հասնում է բարձր ճշգրիտ հարմարվողական ջերմաստիճանի շեղումների ուղղմանը:

3. Իրական աշխարհի կատարողականություն – Որքա՞ն լավ կարող է այն ստանալ:

Համակցված «ապարատային տեղադրում + չիպերի չափաբերում + ալգորիթմական փոխհատուցում» մոտեցմամբ ժամանակակից մագնիսական կոդավորիչները կարող են հասնել զգալի բարձր ճշգրտության.

• MT6816-ը հասնում է համակարգի մակարդակի ինտեգրված անկյունային սխալի  ±0,03° -ի սահմաններում.

• MT6835-ը, ստուգաչափումից հետո, բարելավում է իր ինտեգրալ ոչ գծայինությունը (INL) ±1°-ից մինչև  <±0,07° , ջերմաստիճանի ամբողջական շեղումով  <±0,08°:.

• Որոշ բարձրակարգ լուծումներ կարող են նույնիսկ օպտիմիզացնել INL-ը մինչև  ±0,03° , բավարարելով ±0,05° մակարդակի ճշգրտությունը, որն անհրաժեշտ է գիմբալների և սերվոների համար:

4. Ամփոփում և հեռանկար

Ըստ էության, մագնիսական կոդի սկավառակի անկյունային շեղումը մագնիսական դաշտի ազդանշանի վրա մեխանիկական, ջերմային, էլեկտրամագնիսական և այլ գործոններից առաջացած խախտման արդյունք է: Չկա միակ բուժումը. լուծումը պետք է հետևի սկզբունքը  'ապարատը որպես հիմք, չափաբերումը որպես հիմնական հիմք և ալգորիթմները որպես ավարտիչ' .

1. Տեղադրման ճշգրտությունը հիմքն է  . օդի բացը, համակցվածությունը և մագնիսի ընտրությունը չեն կարող անտեսվել:

2. Չիպերի չափաբերումը առաջնային գործիքն է  . լիովին օգտագործեք գործարանային տրամաչափումը և օգտագործողի ինքնորոշումը:

3. Ալգորիթմական փոխհատուցումը առաջադեմ քայլն է  ՝ պահանջկոտ սցենարների համար, ներդնել հարմարվողական ֆիլտրում և առցանց չափաբերում:

Քանի որ չիպերի ինտեգրումը շարունակում է աճել, և AI ալգորիթմները ներդրվում են, ապագա մագնիսական կոդավորիչները կզարգանան դեպի  «ինքնորոշման, ինքնորոշման և ինքնափոխհատուցման»  հնարավորությունները: Այդ պահին անկյունային շեղումն այլևս գլխացավանք չի լինի ինժեներների համար, և ռոբոտի հոդերի ճշգրտությունն ու հուսալիությունը նոր բարձունքների կհասնեն: