3D霍尔效应传感器如何实现自治系统中准确的实时位置控制

随着工业4.0的先进制造技术席卷全球市场，对高度自动化系统的需求急剧增加。这些系统不仅需要在集成的制造过程中运行，还需要不断收集过程控制数据。大多数此类系统(包括机械手中的磁性编码器、ADSP-2105BP-80接近传感器、传动器、压力变送器、线性电机和独立移动机器人)需要先进的位置感应解决方案来控制性能和收集工厂级数据，从而做出更明智的决策，提高设备运行的安全性和可靠性。

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独立移动机器人可以自动执行简单的任务，例如在仓库中运输材料。这种工业机器人有助于优化制造工艺，增加产量，提高生产率。为了实现工厂车间或仓库的安全高效导航，独立移动机器人的车轮必须具有高精度系统控制功能，如位置感应和速度控制。

几乎所有能够控制运动的高性能自动化系统都需要位置感应，位置感应技术的选择直接影响整个系统的成本和性能。在评估优秀的位置感应解决方案时，需要考虑传感器的精度、速度、功率、灵活性和可靠性。

多轴霍尔效应位置传感器可以提供高精度、快速、可靠的绝对位置测量，非常适合精密自动化工业应用。这些功能有助于实现更准确的实时控制，这于提高设备性能、优化系统效率和更大限度地缩短停机时间至关重要。

让我们来看看独立移动机器人的例子。图中的方框图显示了车轮电机和电机控制器之间形成的反馈回路。其中使用的是TI的TMAG5170线性3D霍尔效应位置传感器可以监控电机轴和电机驱动器的精确角度位置，从而旋转电机。线性3D霍尔效应传感器通常直接影响系统带宽和延迟。通过使用能够测量高带宽的传感器，您可以提高反馈回路的整体速度，提高系统性能。

同样，位置传感器的测量精度决定了电机运动的可控性。传感器的速度和精度通常是一个接一个地变化，因此系统性能受到限制。TMAG5170可以读取高吞吐量数据，感应速度高达20kSPS，而且可以进行高精度的线性测量，最大误差为2.6%，这样你就不需要在两者之间做出选择。

图：采用TMAG5170线性3D霍尔效应位置传感器的自主移动机器人轮子电机模块方框图

在选择位置传感器时，功耗也可能是一个重要的考虑因素，这取决于是一个重要的考虑因素。电池供电系统或低功耗系统(例如，远程4mA至20mA回路电源)通常需要低功耗运行模式的传感器(例如，唤醒和睡眠和深度睡眠模式)，以帮助提高吞吐量和降低功耗。TMAG5170具有多种操作模式和采样率。与其他精密线性3D霍尔效应传感器相比，其电源效率至少可提高70%，可提高10%kHz至20kHz采样范围内的电池供电器件或关注系统效率的轻负荷模式降低功耗。

一般来说，位置传感器对机械配置有严格的限制。3D霍尔效应传感器功能范围和温度补偿选项的霍尔效应传感器功能丰富，便于您灵活的磁性和机械设计。TMAG5170具有不需要片外处理的片上角度计算发动机，同时提供角度感应应用程序中传感器和磁体的机械放置灵活性，包括轴上和部分轴上的配置。

由于工业系统和人工在自动化操作中的配合越来越紧密，因此需要更多的安全措施来确保操作安全。此外，对于防止工具停机和质量问题的诊断功能的需求也在增加。除了精度、速度、功率和灵活性等因素外，读数可靠性也是选择位置传感器时的一个重要因素。例如，如果选择少量或根本没有诊断功能的传感器，可能需要大量的外部元件来保证传感器数据的准确性和可靠性，这将增加设计材料清单(BOM)成本。TMAG5170具有独特的智能诊断功能组合，如通信、连续性和内部信号路径检查，以及可以配置电源、输入磁场和系统温度的诊断功能。传感器数据可以在没有其他组件的情况下保证准确，从而实现长期可靠性并降低BOM成本。

关键词： 霍尔效应 位置传感器 移动机器人