ZHCAE01 April   2024 TMAG5173-Q1

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2实施和测试
    1. 2.1 编译配置
    2. 2.2 数据搜集
    3. 2.3 速度计算方法
      1. 2.3.1 连续采样
      2. 2.3.2 运行平均值
      3. 2.3.3 过零点
      4. 2.3.4 定期采样
  6. 3总结
  7. 4参考资料

数据搜集

本演示使用 TMAG3001 来检测每齿的通道。要充分利用磁场消除静止磁体产生的固定偏置,需要运行初始校准例程。图 2-4 展示了链轮四个齿在传感器附近旋转时 X 轴和 Z 轴场矢量测量值。

 采样数据图 2-4 采样数据

可以看到,在每个轴上,霍尔效应传感器观测到的某个额定磁通密度附近发生振荡。如果踏板曲柄组不存在,则该场在反向偏置条件下会保持静态。测量过程中的固定偏移对角度计算提出了直接的挑战。

用于计算反正切角的目标输入具有 X 和 Y 分量,分别为余弦分量和正弦分量,其振幅相匹配。绘制成图 2-5 所示的利萨如曲线,可以很容易观察到这是一个单位圆。同样,将图 2-6 中的反偏置结果绘制成线时,由于偏移和振幅显著不匹配,产生的输出无法生成完整的 0 至 360 度角计算。

 目标输出利萨如图图 2-5 目标输出利萨如图
 测量的利萨如图图 2-6 测量的利萨如图

执行短暂的校准例程以测量峰值输出值之后,可以使用方程式 1 确定要从每个测量值中减去的偏移量。

方程式 1. O f f s e t   =   O u t m a x + O u t m i n 2

将每个输出值除以方程式 2 中计算出的总振幅,可将振幅不匹配归一化。

方程式 2. A m p l i t u d e   =   O u t M a x -   O u t M i n

校准后的结果将通过方程式 3 得出。

方程式 3. C a l i b r a t e d   O u t p u t   =   O u t p u t - O f f s e t A m p l i t u d e

由此产生的测量数据移位如图 2-7图 2-8 所示。

 归一化输出图图 2-7 归一化输出图
 归一化利萨如图图 2-8 归一化利萨如图

在输出图中,齿与齿之间确实存在一些偏移,这与链组链轮相对于底部支架轴上的安装有一定倾斜度有关。这种制造缺陷会导致踏板移动时与磁体的距离发生轻微变化。对于图 2-7 中所示的旋转段,振幅未处于峰值,因此归一化结果未完全达到 ±0.5mT。尽管存在这一缺陷,但经过此短暂校准后得到的角度如图 2-9 所示。

 计算出的角度图 2-9 计算出的角度

计算得出的链轮旋转一周的角度相对于整个齿轮的角度如图 2-10 所示。虽然输出角度仍存在一些偏移,但考虑到这只占总旋转量的一小部分,这种非线性对整体角度测量的影响会减小。由于每个齿的角度输出范围为 0 至 360 度,因此用每个齿上观测到的有效角度非线性度除以齿总数。在本例中,齿数为 32。即使观测到每个齿的角度非线性度为 10 度,整个链轮旋转的等效误差也可限制在 0.31 度以内。

 计算出的链轮角位置图 2-10 计算出的链轮角位置

在本演示中,旋转速度是手动控制的,因此存在一些速度波动。为了估算角度误差,使用一个齿轮齿跨度的变化率来确定从一个样片到下一个样片的预期角度期变化。连续采样用于确定从起始位置开始的相对角度变化,归一化角度误差如图 2-11 所示。

 速度归一化角度误差图 2-11 速度归一化角度误差

使用 32 齿齿轮和每齿 0 至 360 度响应,产生的相对角度误差小于 ±1 度机械误差。