数字指南针(磁力计)需要进行硬/软铁校准,以确保准确性。这样可以补偿附近的金属物体(机器人的底盘)引起的电磁干扰。



(图片来自http://diydrones.com)

但是,数字罗盘也容易受到电机吸取的相对较大电流所引起的电场的影响。

为了获得准确的指南针读数,什么是测量(并补偿)因电机电流水平变化而引起的干扰的最佳方法?

评论

我从未发现电动机实际上会严重干扰磁读数。我会先进行一些测量,然后再确定是否值得补偿。

出于好奇,这是什么类型的机器人,什么尺寸? “不是很多”是指误差小于0.5度还是小于3度吗?

四轮机器人,重约15公斤,有80W有刷电动机。 IMU距电机约20厘米。电机运行引起的方向估计误差低于1度。数据上有小小的波动。没有衡量,但我认为不到1%。

#1 楼

通常,这是不可能的。这是因为电动机通常旋转非常快,从而产生快速波动的磁场。干扰是否足够取决于电机的大小。例如,由于我在一些电机附近安装了带有磁力计的IMU(惯性测量单元),并被迫关闭磁力计以避免测量会影响状态估计。

在实践中,最有可能解决您问题的解决方案是:


将指南针/磁力计远离电机。
使用屏蔽材料(基本上是具有高磁导率的材料)。它们不会阻挡磁场,但是因为它们提供了低磁阻路径,所以它们会吸引磁场(从北到南的线)穿过它们的内部,因此其他地方的磁场强度会降低。


因此,磁屏蔽的最佳形状是围绕屏蔽空间的密闭容器。这种类型的屏蔽的有效性取决于材料的磁导率,该磁导率通常在非常低的磁场强度和材料饱和的高磁场强度下都会下降。因此,为了实现低残留磁场,磁屏蔽通常由一个在另一个内部的外壳组成,每个外壳依次减小其内部的磁场。 -维基百科/电磁屏蔽


因此,您可以将电动机包裹在屏蔽材料中,例如:


铁杆
MagnetShield
PaperShield
电磁屏蔽箔
防磁板
MetGlas
JointShield
Finemet(用于kHz频率场)
CobalTex

LessEMF.com磁场屏蔽是比较这些材料的一个好网站



从理论上讲,无需屏蔽即可校正磁干扰。我们确实需要意识到,有两种可能的来源-旋转的永磁体和/或线圈中的电流。如果我们有转子位置的反馈,则可以校正永磁体或线圈的位置。如果执行一些实验,记录电流和转子位置,则应该能够拟合磁场模型。拟合是必要的,因为由于磁场的外观取决于磁体和线圈的大小和形状,因此很难计算实际的场强。

在实践中,很难做到这一点-除非电动机旋转非常缓慢并且传感器和模型足够准确。首先,如果频率很高,则会由于同步问题和通信延迟而引起问题。如果无法同步从电动机反馈(位置和电流)以及从磁力计获得的数据,则会增加不确定性。即使频率很低,也需要对以下各项的准确性进行良好的控制:


磁力计
模型
模型的输入(位置和当前)

如果以上任何一项不够精确,则残留磁场(假定为地球磁场)可能会非常不准确。

通常,准确性可以通过以下方式减小:


频率
电机磁场强度(因为方程式$残余磁场=原始测量值-电机模型$,如果右边的两个项面很大,即使精度为1%,采用这种差异也可能会导致较大的左侧不确定性)
传感器分辨率


评论


$ \ begingroup $
我希望随着时间的流逝,与旋转有关的干扰会平均,因此,这仅仅是定子干扰和布线干扰。不是吗?
$ \ endgroup $
–伊恩
2012年11月15日23:00

$ \ begingroup $
平滑的确切形式是不确定的。影响采样平滑度的采样取决于实现。例如,是否需要多个样本并将其平均为一个值?是否有一个低通滤波器(以消除高频噪声)?如果您确实希望这样做,则可能可以基于此进行更正,但是很快就会变得很复杂。实际上,由于传感器可以执行此操作,因此观察到的干扰也可能与速度有关,因此您的模型更加复杂。
$ \ endgroup $
– ronalchn
2012年11月15日23:14