Comment caractériser et compenser les effets dynamiques du courant moteur sur une boussole numérique?

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Les boussoles numériques (magnétomètres) nécessitent un étalonnage de fer dur / doux afin d'être précis. Cela compense les perturbations magnétiques causées par des objets métalliques à proximité - le châssis du robot.

entrez la description de l'image ici

(image de http://diydrones.com )

Cependant, les boussoles numériques sont également sensibles aux champs électriques causés par la quantité relativement élevée de courant consommée par les moteurs.

Afin d'obtenir une lecture précise de la boussole, quelle est la meilleure façon de mesurer (et de compenser) les interférences causées par la modification des niveaux de courant du moteur?

mobile-robot sensors Ian
la source
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Je n'ai jamais trouvé que les moteurs perturbent réellement les lectures magnétiques. Je ferais d'abord quelques mesures, puis je déciderais si cela vaut la peine d'être compensé.
Jakob
Quel genre de robot était-ce, et quelle taille, par curiosité? Et «pas beaucoup» signifie-t-il moins de 0,5 degré ou moins de 3 degrés d'erreur?
Ian
Robot à quatre roues, masse d'environ 15 kg, moteurs brossés 80W. IMU à environ 20 cm des moteurs. L'erreur dans l'estimation de l'orientation due au fonctionnement des moteurs était inférieure à 1 degré. Il y avait une petite ondulation sur les données. Je ne l'ai pas mesuré, mais je pense que moins de 1%.
Jakob

Réponses:

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Généralement, ce n'est pas possible. En effet, les moteurs tournent généralement très rapidement, créant des champs magnétiques fluctuant rapidement. Que la perturbation soit suffisante dépend de la taille des moteurs.

Par exemple, parce que j'ai monté une IMU (unité de mesure inertielle) avec des magnétomètres près de certains moteurs et que j'ai été obligé d'éteindre les magnétomètres pour éviter que la mesure n'affecte l'estimation d'état.

En pratique, les solutions les plus susceptibles de résoudre votre problème sont:

  • éloignez le compas / magnétomètre des moteurs

  • utiliser un matériau de protection (essentiellement un matériau à haute perméabilité magnétique). Ils ne bloquent pas les champs magnétiques, mais parce qu'ils offrent un chemin de faible résistance magnétique, ils attaquent le champ magnétique (lignes du nord au sud) pour traverser leur intérieur, de sorte que l'intensité du champ magnétique est plus faible ailleurs.

    La meilleure forme pour les écrans magnétiques est donc un récipient fermé entourant le volume blindé. L'efficacité de ce type de blindage dépend de la perméabilité du matériau, qui chute généralement à la fois à des intensités de champ magnétique très faibles et à des intensités de champ élevées où le matériau devient saturé. Ainsi, pour obtenir de faibles champs résiduels, les écrans magnétiques sont souvent constitués de plusieurs enceintes l'une à l'intérieur de l'autre, chacune réduisant successivement le champ à l'intérieur. - Wikipedia / Blindage magnétique

    Vous pouvez ainsi envelopper les moteurs dans un matériau de blindage, tel que:

    • Giron
    • MagnetShield
    • PaperShield
    • Feuille de blindage magnétique
    • Plaques d'arrêt magnétique
    • MetGlas
    • JointShield
    • Finemet (pour les champs de fréquence kHz)
    • CobalTex

    Un bon site pour comparer ces matériaux est le blindage du champ magnétique LessEMF.com

Il est théoriquement possible de corriger la perturbation magnétique sans blindage. Nous devons être conscients qu'il existe deux sources possibles - un aimant permanent rotatif et / ou un courant dans les bobines. Si nous avons un retour de la position du rotor, nous pouvons corriger la position de l'aimant permanent ou de la bobine. Si vous effectuez des expériences, en enregistrant le courant et la position du rotor, vous devriez pouvoir adapter un modèle du champ magnétique. L'ajustement est nécessaire car l'intensité réelle du champ est très difficile à calculer car l'apparence du champ magnétique dépend de la taille et de la forme de l'aimant et des bobines.

En pratique, il est difficile de le faire - à moins que le moteur ne tourne très lentement et que votre capteur et votre modèle soient suffisamment précis. Premièrement, si la fréquence est élevée, cela peut causer des problèmes en raison de problèmes de synchronisation et de retards de communication. Si vous ne pouvez pas synchroniser les données obtenues à partir de la rétroaction du moteur (position et courant) et celle de vos magnétomètres, vous augmenterez votre incertitude. Même si la fréquence est basse, vous devez avoir un bon contrôle de la précision de:

  • le magnétomètre
  • le modèle
  • les entrées du modèle (position et courant)

Si l'un des éléments ci-dessus n'est pas suffisamment précis, le champ magnétique résiduel (supposé être le champ magnétique terrestre) peut être très imprécis.

En général, la précision peut être diminuée par:

  • la fréquence
  • intensité du champ moteur (car pour l'équation , si les deux termes sur le côté droit sont grands, même avec une précision de 1%, prendre la différence pourrait entraîner de grandes incertitudes du côté gauche)residuemagneticfield=rawmeasurement−motormodel
  • résolutions de capteur
ronalchn
la source
Je m'attendrais à ce que les interférences liées à la rotation s'étalent dans le temps, de sorte que ce ne soient que les interférences du stator et celles du câblage. N'est-ce pas le cas?
Ian
La forme exacte du lissage n'est pas définie. L'échantillonnage, qui affecte la façon dont il se lisse, dépend de la mise en œuvre. Par exemple, faut-il plusieurs échantillons et une moyenne à une valeur? Existe-t-il un filtre passe-bas (pour éliminer le bruit de très haute fréquence)? Si vous le vouliez vraiment, il peut être possible de corriger en fonction de cela, mais cela se complique très rapidement. En fait, comme un capteur peut le faire, la perturbation observée peut également être dépendante de la vitesse, votre modèle est donc encore plus complexe.
ronalchn