Робот магниттік кодтаушы сенсорларындағы магниттік код дискінің бұрыштық ауытқуын қалай шешуге болады?

Робот қосылыстары, сервомоторлар және гимбалдар сияқты жоғары дәлдіктегі қозғалысты басқару қолданбаларында магниттік кодерлер байланыссыз жұмысының, ластаушы заттарға төзімділігінің және ықшам өлшемінің арқасында негізгі позицияға кері байланыс құрылғыларына айналады. Дегенмен, көптеген инженерлер тәжірибеде көңілсіз мәселеге тап болады –  бұрыштың дрейфі : бұрыштың көрсеткіші қозғалтқыш қозғалмай тұрғанда да баяу 'келеді' немесе температураның өзгеруіне байланысты дәлдік айтарлықтай төмендейді. Магниттік код дискінің бұрышының дрейфі қайдан пайда болады және оны қалай түзете аламыз?

1. Бұрыштың ауытқуы дегеніміз не және ол қайдан пайда болады?

А магниттік кодтаушы қозғалтқыш білігіне бекітілген тұрақты магниттің айналмалы магнит өрісін анықтайды, 90° фаза айырмашылығы бар синус/косинус сигналдарын шығарады, содан кейін арктангенс функциясы арқылы бұрышты есептейді. Теориялық тұрғыдан бұл тамаша өлшеу тізбегі. Алайда, шын мәнінде, әртүрлі идеалды емес факторлар бұрышты оқудың шынайы мәннен ауытқуына әкеледі – бұл 'бұрыштың ауытқуы'.

Қорытындылай келе, бұрыштық дрейф үш негізгі аспектіден туындайды:

1.1 Механикалық орнату қателері

Бұл ең көп таралған кінәлі. Магнит пен сенсордың сезу орталығы арасындағы радиалды ауытқу (экцентристік), айналу осі мен чиптің қалыпты арасындағы бұрышы (еңбеуі) және шамадан тыс немесе ауытқымалы ауа саңылауының барлығы магнит өрісінің сигналын тікелей бұрмалайды. Мысалы, 0,3 мм эксцентриситет ±2,1° бұрыш қателігін тудыруы мүмкін. Сонымен қатар, біркелкі емес магниттелу немесе тұрақты емес магнит пішіні сезілетін өрістің идеалды синусоидалы толқын пішінінен ауытқуына әкелуі мүмкін.

1.2 Қоршаған орта температурасының ауытқулары

Холл сенсорлары мен сигналды өңдеу схемаларының сипаттамалары температураға байланысты өзгереді. Температура жоғарылаған сайын магнит өрісінің күші төмендейді, чиптің ауыспалы кернеуі ауытқиды және ADC анықтамалық кернеуі ауытқиды – бұл факторлар біріктіріліп, бұрышты оқуда айтарлықтай температура ауытқуын тудырады. Нақты өлшемдер магниттің әртүрлі сапаларында нөлдік нүкте температурасының ауытқуы +0,02 °/℃-тан +0,15 °/℃ дейін нашарлайтынын көрсетеді.

1.3 Сыртқы кедергі және динамикалық факторлар

Көлденең кедергі жасайтын магнит өрісі Лиссажу фигурасының ортасын жылжытады, бұл 0° және 180°-тан басқа барлық дерлік бұрыштарда қателіктер тудырады. Сонымен қатар, жоғары жылдамдықты қозғалтқыш жұмысы кезінде динамикалық жауап кідірістері және қуат көзінің толқынынан туындаған сигнал шуы бұрышты оқуды дірілдеп, тұрақсыз болуы мүмкін.

2. Шешімдер: Аппараттық құралдардың, калибрлеудің және алгоритмдердің комбинациясы

Бұрыштың ауытқуын шешуге арналған жалғыз 'сиқырлы оқ' жоқ. Үш деңгейде үйлестірілген тәсіл қажет: механикалық орнату, чипті калибрлеу және алгоритмдік өтемақы.

1-деңгей: Қатты жабдықтың негізі – қателерді көзде тоқтату

Нақты орнату - қорғаныстың бірінші желісі.  Магниттік кодерлер монтаждау рұқсаттарына өте сезімтал. Әдетте, ауа саңылауы 1,0 мм және 3,0 мм (оңтайлы 2,0 мм), коаксиалды эксцентриситет ≤ 0,05 мм және көлбеу бұрышы ≤ 3° арасында сақталуы керек. Орнату кезінде калибрлеу үшін теру өлшегішін немесе лазерлік туралау құралын пайдаланыңыз. Сондай-ақ, кодтағышты қозғалтқыш орамдары мен қуат транзисторлары сияқты күшті магниттік кедергі көздерінен алыс ұстаңыз; қажет болса, Permalloy магниттік қалқанын қосыңыз.

Магнит таңдау да маңызды.  Беттік өріс кернеулігі 300 мТ және 500 мТ арасындағы бір жұп осьтік магниттелетін дөңгелек магнитті таңдаңыз. Төмен сапалы магниттер біркелкі емес өрістерге ғана емес, сонымен қатар дрейфті тікелей нашарлататын нашар температура сипаттамаларына ие.

Қуат көзі және ПХД дизайны жақсы тәжірибеге сәйкес болуы керек.  Қуат толқыны 10 мВ шегінде басқарылуы керек, ал SPI сигнал желілері қысқа, бірдей ұзындықта және таза бағытта болуы керек. Магниттік сезгіш элементтерге паразиттік сыйымдылық кедергісін азайту үшін чиптің астына мыс құймаларын немесе іздерін қоймаңыз.

2-деңгей: Чипті калибрлеуді барынша пайдаланыңыз – тәжірибеде зауыттық дәлдікке қол жеткізіңіз

Қазіргі заманғы магниттік кодтаушы чиптер әдетте бірнеше калибрлеу кезеңдерін қамтиды, бұл бұрыштық ауытқуды өңдеудің ең тікелей жолы.

Зауыттық калибрлеу (чип деңгейі):  Вафельді сынау кезінде чип өндірушісі тұрақты ток ығысуын өтеуді, амплитудалық теңгерімсіздікті түзетуді және микросхемадағы EEPROM-да сақталған параметрлермен қатені түзетуді әлдеқашан орындайды. Бұл дәлдіктің 'іргетасы'.

Пайдаланушының өзін-өзі калибрлеуі (жүйе деңгейі):  Орнатқаннан кейін қозғалтқышты тұрақты жылдамдықпен бір толық айналымға айналдырыңыз. Кірістірілген DSP толық бұрылыста бұрыш деректерін жинайды және орнату эксцентриктілігін, ауа аралығының ауытқуларын және басқа қателерді автоматты түрде анықтайды және өтейді. Көптеген чиптер сыртқы хостты қажет етпестен бір рет басу триггерін қолдайды, бұл өндіріске өте ыңғайлы.

Динамикалық температура ауытқуының орнын толтыру:  чип нақты уақытта температураны бақылайды. Температура калибрленген мәннен ауытқыған кезде бұрышты түзету үшін автоматты түрде температура-компенсация коэффициентін қолданады. Мысалы, Naxin Micro MT6835 толық температура диапазонындағы дрейфті ±0,08° шегінде ұстау үшін үш сатылы калибрлеу жүйесін пайдаланады.

3-деңгей: Алгоритмдік өтемақы – дәлдікті одан әрі жақсарту

Одан да жоғары дәлдікті талап ететін қолданбалар үшін қосымша алгоритмдік өтемақы қажет.

Бейімделетін онлайн калибрлеу:  дәстүрлі желіден тыс калибрлеу өтемақы параметрлерін бекітеді және температураның өзгеруіне немесе магниттің қартаюына байланысты ұзақ мерзімді дрейфке бейімделе алмайды. Рекурсивті ең кіші квадраттарға (RLS) негізделген адаптивті алгоритм толық температура диапазонында (–40 ℃ және +125 ℃) бойынша бұрыш қатесін ±0,05° шегінде сақтай отырып, нақты уақыт режимінде өтемақы параметрлерін жаңарта алады.

Шуды азайту үшін Калман сүзгісі:  Бұрыштық діріл тудыратын жоғары жиілікті шу үшін Кальман сүзгісі бақылау шуды тиімді түрде басады және бұрыш шығысының тұрақтылығын жақсартады.

Нейрондық желіні өтеу:  Температура-дрейф сипаттамаларына сәйкес келетін нейрондық желі моделін құруға болады; жаттығу итерацияларының шектеулі санынан кейін ол жоғары дәлдікке бейімделген температураның ауытқуын түзетуге қол жеткізеді.

3. Нақты әлемдік өнімділік – ол қаншалықты жақсы болуы мүмкін?

'Аппараттық құралды орнату + чипті калибрлеу + алгоритмдік компенсация' біріктірілген тәсілмен қазіргі заманғы магниттік кодтаушылар өте жоғары дәлдікке қол жеткізе алады:

• MT6816  ±0,03° шегінде жүйе деңгейіндегі біріктірілген бұрыш қатесіне қол жеткізеді.

• MT6835 калибрлеуден кейін  < ±0,07° -қа дейін жақсартады.толық температура ауытқуы  < ±0,08° болатын интегралды сызықты еместігін (INL) ±1°-тан .

• Кейбір жоғары деңгейлі шешімдер INL мәнін  ±0,03° дейін оңтайландыра алады , бұл гимбалдар мен серволар үшін талап етілетін ±0,05° деңгей дәлдігіне сай келеді.

4. Қорытынды және болжам

Негізінде магниттік код дискінің бұрышының дрейфі магнит өрісі сигналындағы механикалық, термиялық, электромагниттік және басқа факторлардың қабаттасқан бұзылуларының нәтижесі болып табылады. Бірден-бір ем жоқ; шешім принципін ұстануы керек  'негіз ретінде аппараттық құрал, негізгі тірек ретінде калибрлеу және аяқтаушы ретінде алгоритмдер' :

1. Орнату дәлдігі негіз болып табылады  - ауа саңылауын, коаксиалдылықты және магнитті таңдауды елемеуге болмайды.

2. Чипті калибрлеу негізгі құрал болып табылады  – зауыттық калибрлеуді және пайдаланушының өзін-өзі калибрлеуін толық пайдаланыңыз.

3. Алгоритмдік компенсация жетілдірілген қадам . - күрделі сценарийлер үшін бейімделген сүзгілеуді және онлайн калибрлеуді енгізу үшін

Чиптерді біріктіру ұлғаюын жалғастыруда және AI алгоритмдері енгізілуде, болашақ магниттік кодерлер  'өзін-өзі сезіну, өзін-өзі калибрлеу және өзін-өзі өтеу'  мүмкіндіктеріне қарай дамиды. Бұл кезде бұрыштық дрейф инженерлер үшін бас ауруы болмайды, ал робот қосылыстарының дәлдігі мен сенімділігі жаңа биіктерге жетеді.