Jinsi ya Kutatua Angle Drift ya Diski ya Msimbo wa Sumaku katika Sensorer za Kisimbaji cha Roboti?

Katika programu za udhibiti wa mwendo wa usahihi wa hali ya juu kama vile viungio vya roboti, mota za servo na gimbal, programu za kusimba za sumaku zinazidi kuwa vifaa vya msingi vya kutoa maoni kuhusu nafasi, kutokana na utendakazi wao wa kutowasiliana, kinga dhidi ya uchafu na saizi iliyosongamana. Hata hivyo, wahandisi wengi hukutana na tatizo la kukatisha tamaa katika mazoezi –  angle drift : kusoma pembe polepole 'hupotea' hata wakati injini imesimama, au usahihi huharibika kwa kiasi kikubwa na mabadiliko ya joto. Utelezi wa pembe ya diski ya nambari ya sumaku unatoka wapi, na tunawezaje kuirekebisha?

1. Angle Drift ni nini na inatoka wapi?

A kisimbaji cha sumaku hutambua uga wa sumaku unaozunguka wa sumaku ya kudumu iliyoambatishwa kwenye shimoni ya moshi, hutoa mawimbi ya sine/cosine yenye tofauti ya awamu ya 90°, kisha hukokotoa pembe kupitia kitendakazi cha arctangent. Kwa nadharia, hii ni mlolongo kamili wa kipimo. Katika hali halisi, hata hivyo, sababu mbalimbali zisizo bora husababisha usomaji wa pembe kupotoka kutoka kwa thamani ya kweli - hii ni 'angle drift'.

Kwa muhtasari, utelezi wa pembe hutoka kwa nyanja tatu kuu:

1.1 Hitilafu za Ufungaji wa Mitambo

Huyu ndiye mkosaji wa kawaida. Uwekaji wa miale kati ya sumaku na kituo cha kutambua cha kihisi (ekcentricity), pembe kati ya mhimili wa mzunguko na chip ya kawaida (inayoinama), na pengo la hewa kupita kiasi au linalobadilika-badilika vyote hupotosha moja kwa moja mawimbi ya uga wa sumaku. Kwa mfano, eccentricity ya 0.3 mm inaweza kuanzisha hitilafu ya angle ya ± 2.1 °. Kwa kuongeza, usumaku usio sare au umbo la sumaku lisilo la kawaida linaweza kusababisha uga unaohisiwa kupotoka kutoka kwa mawimbi bora ya sinusoidal.

1.2 Tofauti za Halijoto ya Mazingira

Sifa za vitambuzi vya Ukumbi na mizunguko ya kuchakata mawimbi hubadilika kulingana na halijoto. Halijoto inapoongezeka, nguvu ya uga wa sumaku hupungua, mteremko wa voltage ya chip ya kukabiliana na halijoto, na voltage ya marejeleo ya ADC hubadilika-badilika - mambo haya huchanganyika na kutokeza mteremko mkubwa wa halijoto katika usomaji wa pembe. Vipimo halisi vinaonyesha kuwa kwa sifa tofauti za sumaku, halijoto ya nukta sifuri inaweza kuwa mbaya zaidi kutoka +0.02 °/℃ hadi +0.15 °/℃.

1.3 Uingiliaji wa Nje na Mambo ya Nguvu

Uga wa sumaku unaoingilia kati huhamisha katikati ya kielelezo cha Lissajous, na kusababisha hitilafu karibu na pembe zote isipokuwa 0° na 180°. Zaidi ya hayo, ucheleweshaji wa majibu yenye nguvu wakati wa uendeshaji wa mwendo kasi wa juu, na kelele ya mawimbi kutoka kwa ripple ya usambazaji wa nishati, inaweza kufanya usomaji wa pembe kutetemeka na kutokuwa thabiti.

2. Suluhu: Mchanganyiko wa Vifaa, Urekebishaji, na Algorithms

Hakuna 'risasi ya uchawi' moja ya kutatua mteremko wa pembe. Mbinu iliyoratibiwa inahitajika katika viwango vitatu: usakinishaji wa kimitambo, urekebishaji wa chip, na fidia ya algorithmic.

Kiwango cha 1: Msingi wa Vifaa Mango - Acha Makosa kwenye Chanzo

Ufungaji sahihi ni safu ya kwanza ya ulinzi.  Visimbaji vya sumaku ni nyeti sana kwa uvumilivu wa kuweka. Kwa ujumla, pengo la hewa linapaswa kuwekwa kati ya 1.0 mm na 3.0 mm (2.0 mm ni mojawapo), usawa wa mshikamano ≤ 0.05 mm, na angle ya kuinamisha ≤ 3 °. Wakati wa ufungaji, tumia kupima piga au chombo cha usawa wa laser kwa calibration. Pia, weka kisimbaji mbali na vyanzo vikali vya mwingiliano wa sumaku kama vile vilima vya motor na transistors za nguvu; ikiwa ni lazima, ongeza ngao ya magnetic ya Permalloy.

Uchaguzi wa sumaku pia ni muhimu.  Chagua sumaku ya duara ya axial ya jozi moja yenye nguvu ya uga wa uso kati ya 300 mT na 500 mT. Sumaku zenye ubora wa chini sio tu kuwa na uwanja usio sawa lakini pia sifa duni za halijoto, ambazo huzidisha moja kwa moja kuteleza.

Ugavi wa umeme na muundo wa PCB lazima ufuate mazoea mazuri.  Kiwimbi cha umeme kinapaswa kudhibitiwa ndani ya 10 mV, na njia za mawimbi za SPI zinapaswa kuwa fupi, zenye urefu sawa na zielekezwe kwa njia safi. Usiweke mimiminiko ya shaba au ufuatiliaji chini ya chip ili kupunguza uingiliaji wa uwezo wa vimelea na vipengele vya kuhisi sumaku.

Kiwango cha 2: Faidika Zaidi na Urekebishaji wa Chip - Tambua Usahihi wa Kiwanda katika Mazoezi

Chipu za kisasa za kusimba za sumaku kwa kawaida hujumuisha hatua nyingi za urekebishaji, ambazo ndizo njia ya moja kwa moja ya kushughulikia utelezi wa pembe.

Urekebishaji wa kiwanda (kiwango cha chip):  Wakati wa majaribio ya kaki, mtengenezaji wa chipu tayari hulipa fidia ya kukabiliana na DC, urekebishaji wa usawa wa amplitude, na urekebishaji wa makosa ya quadrature, na vigezo vilivyohifadhiwa kwenye EEPROM ya on-chip. Huu ndio 'msingi' wa usahihi.

Urekebishaji wa kibinafsi wa mtumiaji (kiwango cha mfumo):  Baada ya usakinishaji, zungusha motor mapinduzi moja kamili kwa kasi isiyobadilika. DSP iliyojengewa ndani hukusanya data ya pembe kwa zamu kamili na kutambua kiotomatiki na kufidia usahihi wa usakinishaji, tofauti za mwango wa hewa na makosa mengine. Chips nyingi zinaauni kichochezi cha mbofyo mmoja bila kuhitaji mwenyeji wa nje, ambayo ni rafiki wa uzalishaji sana.

Fidia ya halijoto inayobadilikabadilika:  Chipu hufuatilia halijoto kwa wakati halisi. Wakati halijoto inapotoka kwenye thamani iliyosawazishwa, hutumia kiotomatiki mgawo wa fidia ya halijoto ili kurekebisha pembe. Kwa mfano, Naxin Micro MT6835 hutumia mfumo wa urekebishaji wa hatua tatu ili kuweka kiwango kamili cha halijoto ndani ya ±0.08°.

Kiwango cha 3: Fidia ya Algorithmic - Boresha Zaidi Usahihi

Kwa programu zinazohitaji usahihi wa juu zaidi, fidia ya ziada ya algoriti inahitajika.

Urekebishaji unaojirekebisha wa mtandaoni:  Urekebishaji wa kawaida wa nje ya mtandao hurekebisha vigezo vya fidia na hauwezi kukabiliana na kuteleza kwa muda mrefu kwa sababu ya mabadiliko ya halijoto au kuzeeka kwa sumaku. Kanuni ya urekebishaji kulingana na Recursive Least Squares (RLS) inaweza kusasisha vigezo vya fidia kwa wakati halisi, hivyo basi kuweka hitilafu ya pembe ndani ya ±0.05° katika kiwango kamili cha halijoto (–40 ℃ hadi +125 ℃).

Uchujaji wa Kalman kwa ajili ya kupunguza kelele:  Kwa kelele ya masafa ya juu ambayo husababisha jita ya pembe, kichujio cha Kalman hukandamiza kelele ya uchunguzi na kuboresha uthabiti wa pembe.

Fidia ya mtandao wa Neural:  Muundo wa mtandao wa neural unaweza kujengwa ili kutoshea sifa za halijoto-drift; baada ya idadi ndogo ya marudio ya mafunzo, hupata urekebishaji sahihi wa halijoto-drift.

3. Utendaji Halisi wa Ulimwengu - Je! Unaweza Kupata Je!

Kwa mbinu ya pamoja ya 'usakinishaji wa maunzi + urekebishaji wa chip + fidia ya algorithmic', visimbaji vya kisasa vya sumaku vinaweza kufikia usahihi wa juu ajabu:

• MT6816 hufanikisha hitilafu ya pembe jumuishi ya kiwango cha mfumo ndani ya  ±0.03°.

• MT6835, baada ya kurekebishwa, inaboresha Ushirikiano wake wa Kutolinganishwa na Mstari (INL) kutoka ±1° hadi  <±0.07° , ikiwa na mteremko wa halijoto kamili  <±0.08°.

• Baadhi ya suluhu za hali ya juu zinaweza hata kuboresha INL hadi  ±0.03° , zikikutana na usahihi wa kiwango cha ±0.05° unaohitajika kwa gimbal na servos.

4. Muhtasari na Mtazamo

Kimsingi, upeperushaji wa pembe ya diski ya msimbo wa sumaku ni matokeo ya usumbufu mkubwa zaidi kutoka kwa mitambo, mafuta, sumakuumeme, na mambo mengine kwenye ishara ya uga. Hakuna tiba moja-yote; suluhisho linapaswa kufuata kanuni ya  'vifaa kama msingi, urekebishaji kama nguzo kuu, na algoriti kama mkamilishaji' :

1. Usahihi wa ufungaji ni msingi  - pengo la hewa, coaxiality, na uteuzi wa sumaku hauwezi kupuuzwa.

2. Urekebishaji wa chip ndio zana kuu  - tumia kikamilifu urekebishaji wa kiwanda na urekebishaji wa kibinafsi wa mtumiaji.

3. Fidia ya algorithmic ni hatua ya juu  - kwa matukio ya kudai, anzisha uchujaji unaobadilika na urekebishaji mtandaoni.

Kadiri muunganisho wa chip unavyoendelea kuongezeka na algoriti za AI kuanzishwa, visimbaji vya siku zijazo vya sumaku vitabadilika kuelekea uwezo wa  'kujitambua, kujisawazisha na kujilipia'  . Wakati huo, drift ya angle haitakuwa tena maumivu ya kichwa kwa wahandisi, na usahihi na uaminifu wa viungo vya robot vitafikia urefu mpya.