Como os efeitos dinâmicos da corrente do motor em uma bússola digital podem ser caracterizados e compensados?

As bússolas digitais (magnetômetros) requerem uma calibração de ferro duro / macio para serem precisas. Isso compensa os distúrbios magnéticos causados ​​por objetos metálicos próximos - o chassi do robô.

(imagem de http://diydrones.com )

No entanto, as bússolas digitais também são suscetíveis aos campos elétricos causados ​​pela quantidade relativamente alta de corrente consumida pelos motores.

Para obter uma leitura precisa da bússola, qual é a melhor maneira de medir (e compensar) a interferência causada pela alteração dos níveis de corrente do motor?

Geralmente, isso não é possível. Isso ocorre porque os motores geralmente giram muito rapidamente, criando campos magnéticos que flutuam rapidamente. Se a perturbação é suficiente, depende do tamanho dos motores.

Por exemplo, porque montei uma IMU (Unidade de Medição Inercial) com magnetômetros perto de alguns motores e fui forçada a desligar os magnetômetros para evitar que as medidas afetassem a estimativa de estado.

Na prática, as soluções com maior probabilidade de resolver seu problema são:

• afaste a bússola / magnetômetro dos motores

• use material de proteção (basicamente material com alta permeabilidade magnética). Eles não bloqueiam os campos magnéticos, mas, como fornecem um caminho de baixa resistência magnética, eles atendem o campo magnético (linhas de norte a sul) para passar através de seu interior, de modo que a intensidade do campo magnético seja menor em outro local.

  A melhor forma para as proteções magnéticas é, portanto, um recipiente fechado ao redor do volume protegido. A eficácia desse tipo de blindagem depende da permeabilidade do material, que geralmente cai em forças de campo magnético muito baixas e em forças de campo altas onde o material fica saturado. Portanto, para obter baixos campos residuais, as blindagens magnéticas geralmente consistem em vários compartimentos um dentro do outro, cada um dos quais reduz sucessivamente o campo dentro dele. - Wikipedia / Blindagem magnética

  Assim, você pode enrolar os motores em material de proteção, como:

  • Giron
  • MagnetShield
  • PaperShield
  • Folha de blindagem magnética
  • Placas Mag-Stop
  • MetGlas
  • JointShield
  • Finemet (para campos de frequência em kHz)
  • CobalTex

  Um bom site para comparação desses materiais é o LessEMF.com Magnetic Field Shielding

É teoricamente possível corrigir a perturbação magnética sem blindagem. Precisamos estar cientes de que existem duas fontes possíveis - um ímã permanente em rotação e / ou corrente nas bobinas. Se tivermos feedback da posição do rotor, podemos corrigir a posição do ímã permanente ou da bobina. Se você realizar algumas experiências, registrando a posição atual e do rotor, poderá ajustar um modelo do campo magnético. O ajuste é necessário porque a intensidade real do campo é muito difícil de calcular, devido à aparência do campo magnético, depende do tamanho e da forma do ímã e das bobinas.

Na prática, é difícil fazer isso - a menos que o motor esteja girando muito lentamente e seu sensor e modelo sejam precisos o suficiente. Primeiro, se a frequência for alta, poderá causar problemas devido a problemas de sincronização e atrasos na comunicação. Se você não conseguir sincronizar os dados obtidos com a realimentação do motor (posição e corrente) e os dos magnetômetros, aumentará sua incerteza. Mesmo que a frequência seja baixa, você precisa ter um bom controle da precisão de:

• o magnetômetro
• o modelo
• as entradas para o modelo (posição e corrente)

Se alguma das opções acima não for precisa o suficiente, o campo magnético do resíduo (considerado o campo magnético da Terra) pode ser muito impreciso.

Em geral, a precisão pode ser reduzida em:

• frequência
• $residue magnetic field = raw measurement - motor model$, se os dois termos do lado direito forem grandes, mesmo com 1% de precisão, a diferença pode resultar em grandes incertezas no lado esquerdo)
• resoluções do sensor