로봇 관절, 팬틸트 장치, 고정밀 서보 시스템 등 엄격한 위치 제어가 필요한 응용 분야에서 광학 인코더를 빠르게 대체하고 있습니다. 그러나 많은 엔지니어는 실제 디버깅 중에 자기 인코더는 비접촉 작동, 높은 신뢰성, 긴 서비스 수명 덕분에 기존 실망스러운 문제에 직면합니다. 불안정한 각도 판독, 주기적인 점프 또는 무작위 소음 등 .
신호 지터의 징후는 다양합니다. 저속에서 고주파 소진폭 각도 점프는 속도 루프 변동, 위치 떨림 및 토크 리플 증가를 유발합니다. A/B 직각위상 출력의 펄스 폭이 고르지 않게 되고 위상차 지터링이 약 90°가 됩니다. 심한 경우에는 통신 프레임 손실 및 데이터 결함이 발생하여 제어 정확도가 직접적으로 저하되고 모터 비정상적인 소음이 발생하거나 심지어 시스템 종료를 유발합니다.
한 엔지니어가 온라인 포럼에서 다음과 같이 언급했습니다. '자기 인코더 지터에서 나오는 A/B 출력의 펄스 폭은 일정한 속도에서도 폭이 고르지 않지만 광학 인코더에는 이 문제가 없습니다.' 이 비교는 문제의 본질을 강조합니다. 자기 인코더의 신호 지터는 고유한 칩 결함이 아니라 같은 여러 요인이 결합된 결과입니다. 하드웨어 레이아웃, 자기 회로 설계, 신호 무결성 및 소프트웨어 처리와 .
2. 신호 지터의 세 가지 근본 원인
2.1 기계적 설치 오류 - 가장 일반적인 원인
자기 인코더는 공극, 동축도, 기울기 및 자석 편심에 매우 민감합니다. 과도한 편심은 자기장 중심을 이동시키고 정현파 신호를 왜곡하며 주기적인 각도 오류를 발생시킵니다. 너무 크거나 너무 작은 에어 갭은 유도된 신호 진폭을 변경하고 신호 대 잡음비를 저하시키며 지터를 증가시킵니다. 축 기울기는 비대칭 필드 분포와 파형 왜곡을 유발합니다. 0.5mm의 편심이라도 높은 회전 속도에서는 심각한 2차 고조파 오류가 발생할 수 있습니다.
2.2 자기장과 환경 간섭
모터 끝의 표유 누설 자속, 인버터 복사 및 고전력 케이블의 결합 자기장이 엔코더의 감지 평면에 직접 중첩되어 신호 점프를 일으킬 수 있습니다. 금속 브래킷과 모터 하우징에 유도된 와전류도 유용한 자기장을 약화시키거나 왜곡합니다. 또한 자기 인코더는 전계 강도에 매우 민감하며 열악한 산업 환경에서 강한 진동에 취약합니다.
2.3 전기 및 통신 문제
과도한 전원 공급 장치 리플, 부동 접지 및 부적절한 단일 종단 차폐 접지로 인해 공통 모드 간섭이 발생합니다. 특히 고속이나 장거리에서 I⊃2;C 통신은 간섭에 취약하여 데이터 결함과 지터를 발생시킵니다. SPI 통신은 타이밍 불일치와 높은 비트 오류율로 인해 문제가 발생하여 데이터 이상이 발생할 수도 있습니다.
3. '칩 수준'에서 '시스템 수준' 솔루션으로
신호 지터를 해결하려면 시스템 전반에 걸친 포괄적인 접근 방식이 필요합니다.
하드웨어 측면: 자석 설치는 '3축' 정렬 원리, 즉 축 정렬, 정확한 수직 간격 제어(0.5mm~2.0mm 권장) 및 평행성 보장을 따라야 합니다. 에어 갭은 허용 오차 범위 내에서 유지되어야 하며, 동축 편차는 0.03mm 이하로 제어되어야 합니다. PCB에서 구리 주입 및 라우팅은 인코더 칩 아래에서 금지됩니다. SPI 핀과 MCU 핀 사이의 거리는 10cm 이내로 유지되어야 합니다. 다단계 디커플링을 적용하여 전원 공급 장치 리플을 10mV 미만으로 유지해야 합니다.
통신 측면: I⊃2;C보다 SPI 인터페이스를 선호합니다. 하드웨어 SPI는 비트 뱅킹 I⊃2;C보다 훨씬 더 나은 잡음 내성을 제공합니다. SPI 라인은 EMI를 줄이기 위해 차동 신호가 접지선으로 감겨진 차폐 연선 케이블을 사용해야 합니다. 비트 오류율을 허용 가능한 한도 내로 유지하려면 통신 속도와 타이밍 매개변수가 정확하게 일치해야 합니다.
알고리즘 측면: 소프트웨어의 기계적 설치 편차를 수정하기 위해 오류 보상 알고리즘을 적용합니다. 디지털 필터링을 사용하여 신호 대 잡음비를 개선합니다. 다중 회전 카운터 오버플로 처리를 위한 논리를 최적화합니다. 동적 피드포워드 보상 및 적응형 PID 튜닝은 변속기 백래시로 인한 지연 효과를 효과적으로 억제할 수도 있습니다.
4. 자석 재료 품질 – 신호 안정성의 '기초'
신호 지터에 대한 솔루션을 논의할 때 한 가지 근본적인 측면, 즉 자석 자체의 품질이 간과되는 경우가 많습니다 . 자기 인코더의 정확도는 먼저 자기장 분포의 균일성과 안정성에 의해 결정됩니다. 저렴한 자석은 비대칭 극이나 불균일한 자기장 강도로 인해 출력 곡선에 주기적인 왜곡이 발생할 수 있습니다. 잔류성(Br) 및 표면 장 균일성과 같은 주요 매개변수도 똑같이 중요합니다.
5. 항저우 SDM: 자성 재료 분야의 뿌리 깊은 기업
자성 재료의 기본 영역에서 Hangzhou SDM Magnetics Co., Ltd.는 주목할 만한 회사입니다. 2009년에 설립되어 항저우에 본사를 두고 있는 이 회사는 자석 및 자기 솔루션에 전념하는 국가 첨단 기술 기업입니다.
빠르게 성장하는 로봇 산업을 배경으로 SDM은 희토류 영구 자석에 대한 심층적인 전문 지식을 활용하여 로봇 관련 응용 분야로 적극적으로 확장하고 있습니다.
로봇 자기 인코더 센서의 경우 고성능 영구 자석은 신호 안정성을 보장하고 지터를 억제하는 '첫 번째 방어선'입니다. 자석 제조, 자기 회로 설계 및 자기 조립 시스템에 대한 SDM의 기술적 강점은 업스트림 재료 체인에서 중요한 역할을 할 수 있는 위치에 있습니다. 즉, 인코더에 대한 보다 균일한 자기장 분포와 더 나은 온도 안정성을 갖춘 맞춤형 자석 솔루션을 제공함으로써 소스에서 열등한 자석 품질로 인해 발생하는 지터를 줄입니다.
로봇 공학에서 고정밀 위치 피드백에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 자기 인코더의 신호 지터 문제에 대한 관심이 더욱 높아질 것입니다. 근본적인 해결책은 자석 재료부터 시스템 통합까지 엔드투엔드 최적화에 있습니다. 이 체인에서 SDM의 역할은 업계로부터 지속적인 관심을 받을 가치가 있습니다.
