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Thema: BLDC Motor verfälscht IMU-Messung

  1. #1

    Frage BLDC Motor verfälscht IMU-Messung

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    Hallo,

    ich möchte einen Satelliten bauen, welcher sich um die z-Achse (nach oben) drehen soll. (Zur Veranschaulichung siehe Anhang) Er wird freischweben gelagert sein, sodass er sich ohne Probleme drehen kann. Der für die Drehung notwendige Drehmoment wird von einem kleinen Motor erzeugt, indem dieser eine Scheibe rotieren lässt (diese ist fest mit dem Motor verbunden).
    Damit ich nun den Satelliten ausrichten kann, möchte ich mit Hilfe der IMU die Änderung zum Magnetfeld der Erde bestimmen. Zusätzlich mit der Winkelbeschleunigung bekomme ich so eine relativ exakte Positionsangabe.

    Nun ist mein Problem, dass ich nicht sehr viel Platz habe. Daher ist das Board ink. IMU maximal 5cm über dem Motor. Durch die Magnetfeldlinien des Motors eliminieren nun leider die Feldlinien der Erde nahzu komplett, somit ist es nicht mehr möglich, dass die IMU "richtige" Werte bezüglich des Erdmagnetfeldes liefert.

    Ich weiß, dass ich das Magnetfeld nur durch teure Anschaffungen (Mu-Metall oder Supraleiter) zu fast 100% umlenken kann. Da ich aber nur ein kleines Budget habe, funktioniert dies nicht. Dann kann dem Magnetfeld noch ein "besserer" Weg als durch die Luft gegeben werden, indem zum Beispiel ein ferromagnetisches Material (zB Eisen) so in die Nähe des Magneten gebracht wird, so dass die Feldlinien abgelenkt werden.
    Weiterhin könnte ich auch den Magnetsensor etwa 40cm über dem Motor befestigen, jedoch ist dies aus Platzproblemen nicht möglich, da es ein geschlossenes Vorhaben wird (siehe Anhang).


    Kann ich die Feldlinien des Motors gegenüber dem Sensor so umlenken, dass die IMU wesentlich bessere Werte liefert?
    Vorallem wie muss ich dann die ferromagnetischen Materialien um den Motor anbringen? (Platzproblem) Ich bin mir nicht sicher, ob ich sie um den Motor anordnen muss oder zwischen Motor und Sensor oder beides ...


    Falls etwas nicht klar sein sollte, einfach nachfragen!

    Vielen Dank im voraus!!

    Viele Grüße,
    toexx
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken Satellit.png  

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo toexx,

    Dein Hauptproblem ist, dass du nicht nur das Magnetfeld des Motors beeinflusst, sondern auch das der Erde!

    Nimm mal einen Kompass und ein Stück Eisen.
    Wenn du das Eisen in die Nähe des Magneten bringst, ist Norden plötzlich ganz wo anders.

    Da hilft dir übrigens auch kein µMetall oder Supraleiter.

    Zu allem Übel ist das Erdmagnetfeld sehr schwach, gegenüber demjenigen des Motors.
    Du versuchst eine Floh husten zu hören, welcher gerade auf einem Presslufthammer sitzt, welcher in Betrieb ist.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  3. #3
    Hey Peter,

    das mit dem Stück Eisen und dem Kompass kenne ich - leider ... wenn man mal in die vermutlich richtige Richtung losläuft und dann nach einer Weile merkt irgendwie sind wir hier falsch ... naja Bundeswehr


    Also meinst du, dass da nichts zu machen ist, außer den Sensor weitweg zu verbauen? Ich habe schonmal das ganze Board etwa einen halben Meter über dem Motor befestigt (zu Testzwecken) und mit dieser Konstruktion kamen vernünftige Messungen (ich konnte den Satelliten an vorgegebene Stellen drehen lassen).


    Beziehungsweise sonst irgendeine Idee wie ich das Problem lösen kann?

    Viele Grüße,
    toexx

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo toexx,
    Zitat Zitat von toexx Beitrag anzeigen
    das mit dem Stück Eisen und dem Kompass kenne ich - leider ... wenn man mal in die vermutlich richtige Richtung losläuft und dann nach einer Weile merkt irgendwie sind wir hier falsch ... naja Bundeswehr
    Du kannst dir in einem Gebäude schon auswählen wo Norden sein soll.
    Eisenbeton, Stahlträger und Elektroleitungen stören da das Erdmagnetfeld schon genug.

    Zitat Zitat von toexx Beitrag anzeigen
    Also meinst du, dass da nichts zu machen ist, außer den Sensor weitweg zu verbauen? Ich habe schonmal das ganze Board etwa einen halben Meter über dem Motor befestigt (zu Testzwecken) und mit dieser Konstruktion kamen vernünftige Messungen (ich konnte den Satelliten an vorgegebene Stellen drehen lassen).
    Weit weg ist das Einzige. Aber auch dann findest du Norden nicht wirklich genau.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Michael
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    Gibt es die Störungen auch bei still stehendem Motor?
    Moderne Sensoren sind vielleicht empfindlich genug, um den Offset der Presslufthammers vom Floh-Husten abziehen.
    Alternativ einen eisenlosen Motor?

    Gruß, Michael

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo Michael,

    Was denkst du wieso ein halbwegs guter Kompass maximal zwei Bauteile aus ferromagnetischem Werkstoffen hat?
    1. Die Kompassnadel
    2. Die Lagerspitze, aber die sitzt genau in der Mitte und erzeugt keinen Fehler.
    Vorhandene Schrauben sind typisch aus Messing.

    Im Prinzip erzeugt schon die Stahlachse des Motors einen Fehler im Erdmagnetfeld.
    Beim drehenden Motor, kann man wenigstens das Wechselfeld mit einem Tiefpass raus bekommen.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  7. #7
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Es gibt da ja wohl einen DC Motor dessen Magnetfeld störend ist. Übliche DC Motoren haben Feldmagente die außen am Motor einen Nordpol und einen Südpol erscheinen lassen. Man kann dieses Feld mit Eisen besser führen und damit das Feld im Motor etwas stärken und außerhalb etwas schwächen.
    Dazu umwickelt man den Motor mit Eisen, vielleicht ein Streifen aus einem Schnittbandkern oder im einfachsten Fall mit einem dünnen Bindedraht. Das Magnetfeld verschwindet damit auch nicht vollständig aber es ist durchaus eine wirksame Schirmung die man ja auch messen kann um sich dabei von Aufwand und Wirkung zu überzeugen.

    Deutlicher ist der Effekt sicher dann, wenn man den den Motor mit seinem äußeren Feld so dreht, dass es senkrecht auf der Ebene steht in der das Erdmagnetfeld gemessen werden soll, (so wie die oben genannte Lagerspitze). Das ist unter Umständen nicht ganz einfach wenn dazu die Drehbewegung umgelenkt werden muss. Am besten macht man wohl beides.
    Geändert von Manf (06.01.2015 um 14:29 Uhr)

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Für mich einfachste Lösung für unbeweglichen magnetischen Bezugspunkt (falls zulässig) zum Erdmagnetfeld wären gewünscht plazierte zwei Neodymmagnete (starke virtuelle Erdmagnetpolen).
    Geändert von PICture (07.01.2015 um 13:24 Uhr)
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  9. #9
    Hallo,
    danke erstmal für die zahlreichen Antworten.

    Ich werde zunächst einmal den Tipp mit dem Draht testen und hoffen, dass es besser wird ...

    Falls nicht probiere ich die Idee mit den Neodymmagneten auch einmal aus.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo,
    Zitat Zitat von Manf Beitrag anzeigen
    Es gibt da ja wohl einen DC Motor dessen Magnetfeld störend ist. Übliche DC Motoren haben Feldmagente die außen am Motor einen Nordpol und einen Südpol erscheinen lassen. Man kann dieses Feld mit Eisen besser führen und damit das Feld im Motor etwas stärken und außerhalb etwas schwächen.
    Dazu umwickelt man den Motor mit Eisen, vielleicht ein Streifen aus einem Schnittbandkern oder im einfachsten Fall mit einem dünnen Bindedraht. Das Magnetfeld verschwindet damit auch nicht vollständig aber es ist durchaus eine wirksame Schirmung die man ja auch messen kann um sich dabei von Aufwand und Wirkung zu überzeugen.
    Das dumme dabei ist nur, dass das Eisen nicht zwischen Erd- und Motormagnetfeld unterscheiden kann!
    Das Erdmagnetfeld wird durch das Eisen auch gebündelt, das nimmt eben auch den einfacheren Weg, wie man das vom Strom auch kennt.

    Das Erdmagnetfeld ist auch schon nicht homogen. Ein Teil der Verzerrungen scheint schon vom Generator zu kommen, welcher das Feld erzeugt. Mit dem anderen Teil kann man Eisenerz-Lager aufspüren.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

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