¿Cómo se pueden caracterizar y compensar los efectos dinámicos de la corriente del motor en una brújula digital?

Las brújulas digitales (magnetómetros) requieren una calibración de hierro duro / blando para ser precisas. Esto compensa las perturbaciones magnéticas causadas por objetos metálicos cercanos: el chasis del robot.

(imagen de http://diydrones.com )

Sin embargo, las brújulas digitales también son susceptibles a los campos eléctricos causados ​​por la cantidad relativamente alta de corriente consumida por los motores.

Para obtener una lectura precisa de la brújula, ¿cuál es la mejor manera de medir (y compensar) la interferencia causada por el cambio de los niveles de corriente del motor?

En general, esto no es posible. Esto se debe a que los motores generalmente giran muy rápido, creando campos magnéticos que fluctúan rápidamente. Si la perturbación es suficiente depende de qué tan grandes sean los motores.

Por ejemplo, porque monté una IMU (Unidad de medición inercial) con magnetómetros cerca de algunos motores, y me vi obligado a apagar los magnetómetros para evitar que la medición afectara la estimación del estado.

En la práctica, las soluciones más probables para resolver su problema son:

• aleje la brújula / magnetómetro de los motores

• use material de protección (básicamente material con alta permeabilidad magnética). No bloquean los campos magnéticos, pero debido a que proporcionan un camino de baja resistencia magnética, alcanzan el campo magnético (líneas de norte a sur) para pasar a través de su interior, de modo que la intensidad del campo magnético es menor en otros lugares.

  La mejor forma para escudos magnéticos es, por lo tanto, un contenedor cerrado que rodea el volumen blindado. La efectividad de este tipo de blindaje depende de la permeabilidad del material, que generalmente disminuye tanto en las intensidades de campo magnético muy bajas como en las intensidades de campo altas donde el material se satura. Entonces, para lograr campos residuales bajos, los protectores magnéticos a menudo consisten en varios recintos uno dentro del otro, cada uno de los cuales reduce sucesivamente el campo dentro de él. - Wikipedia / Blindaje magnético

  De este modo, puede envolver los motores en material de protección, como:

  • Girón
  • MagnetShield
  • PaperShield
  • Lámina de blindaje magnético
  • Placas Mag-Stop
  • MetGlas
  • JointShield
  • Finemet (para campos de frecuencia kHz)
  • CobalTex

  Un buen sitio para comparar estos materiales es LessEMF.com Magnetic Field Shielding

Teóricamente es posible corregir la perturbación magnética sin blindaje. Necesitamos ser conscientes de que hay dos fuentes posibles: un imán permanente rotativo y / o corriente en las bobinas. Si tenemos retroalimentación de la posición del rotor, podemos corregir la posición del imán permanente o de la bobina. Si realiza algunos experimentos, registrando la corriente y la posición del rotor, debería poder ajustar un modelo del campo magnético. El ajuste es necesario porque la intensidad de campo real es muy difícil de calcular porque el aspecto del campo magnético depende del tamaño y la forma del imán y las bobinas.

En la práctica, es difícil hacer esto, a menos que el motor gire muy lentamente y su sensor y modelo sean lo suficientemente precisos. Primero, si la frecuencia es alta, puede causar problemas debido a problemas de sincronización y retrasos en la comunicación. Si no puede sincronizar los datos obtenidos de la retroalimentación del motor (posición y corriente) y los de sus magnetómetros, aumentará su incertidumbre. Incluso si la frecuencia es baja, debe tener un buen control de la precisión de:

• el magnetómetro
• el modelo
• las entradas al modelo (posición y actual)

Si alguno de los anteriores no es lo suficientemente preciso, el campo magnético residual (se supone que es el campo magnético de la Tierra) podría ser muy inexacto.

En general, la precisión se puede disminuir mediante:

• frecuencia
• $residue magnetic field = raw measurement - motor model$, si los dos términos en el lado derecho son grandes, incluso con una precisión del 1%, tomar la diferencia podría generar grandes incertidumbres en el lado izquierdo)
• resoluciones del sensor