磁気式エンコーダ
こんばんは
ここに追記しますが，自分はアブソリュートな角度を測定できるエンコーダを使っていません．
A相B相で角度を取得しています．（I相があればもっと良いのですが．．．）
今回は大会報告ではなく，皆さんお苦しみの磁気式エンコーダについて書きます．
自分も，９月下旬にハーフの機体を組みましたが，自作の磁気式エンコーダの値のブレが酷く制御どころではありませんでした．
そのときの速度ログがこちら↓
エンコーダで測定された1msec間のパルスのカウント数から速度を算出しています．
条件は，0.25Vくらい（？）の電圧をモータに入力し，空回ししました．
ギアのかみ合わせはそれなりに良かったので，周期的な摩擦の影響はないものと仮定します．
つまり，タイヤは一定の速度で回転しており，エンコーダで正しく測定できれば一定の速度が測定されるはずです．
100～350mm/sの範囲でぶれており，とても制御に使えるセンサー値ではありません．実際にこの状態で制御をすると，周期的にｶｯｶｯと音が聞こえ，急激な加減速が起こります．
上のグラフを見ると，多少のずれはありますが，50msecの周期性があります．これはタイヤ1回転とおおよそ一致しております．
このエンコーダのブレを直すために，ローパスフィルタをかける方や，加速度センサーと組み合わせて自作磁気式エンコーダを使用されている方がいらっしゃいますが，私はエンコーダのブレが周期的である点に着目し，ブレを無くすことを行いました．
1回転分のブレを詳しく見るために，モータに一定の電圧をかけ，タイヤが一回転する時間の角度ログをとりました．（下図）
青線が理想ですが，測定された赤線は大きくずれています．
ブレが1回転周期なので，1回転は正確に測定できます．
今回使用したエンコーダの1回転のパルス数は2048なので，ある時間にパルス数を0とし，その時間からパルス数が2048になるまでの角度を測定し，グラフにしたのが上の図になります．
角度を補正するために，下図のような青線に対して赤線が対象となるグラフを作成します．
↑11/14に横軸の単位を修正しました．
上図のグラフをルックアップテーブルとして用いて，エンコーダで測定された角度を補正します．
具体的には，
Sensor angle = 測定されたパルス数%一回転のパルス数
を求め，ルックアップテーブルを用いて補正します．
このルックアップテーブルを取得する作業を私は，エンコーダのキャリブレーションと呼んでいます（笑）
その結果がこちら（下図）
青線が理想で，赤線が測定し．なんと良い線形であろう！
ただ，少し問題があり，さきほど1回転が正確に取れると書きましたが，じゃっかんの誤差を含んでいるようです．（プログラムミスなのかわかりませんが．．．）
なので，キャリブレーション後に回転を重ねていくと，エンコーダの補正が甘くなります．
そこで，キャリブレーションしてから2048回転後と4096回転後の補正後角度ログをとりました．（空回し）
なんで4096回転にしたかというと，32*32*90/タイヤ直径/円周率が確か4000付近だからな気がします．（少し前の記憶）
↓2048回転後
↓4096回転後
まあ，ちょっとずつ補正後の値がぶれてしまいますが，まあ現状は問題ないです．ローパスフィルターや加速度センサーを使わなくても走ってます．
最後に，空回しではなく，実際に走行させた場合の速度ログの比較．
（このデータを取ったときは，機構的な
磁石の回転ブレを無くす処置を行ったので，補正前のブレが少し少なくなっている）
↓補正前
↓補正後
では，よき自作磁気式エンコーダーライフを！
ここに追記しますが，自分はアブソリュートな角度を測定できるエンコーダを使っていません．
A相B相で角度を取得しています．（I相があればもっと良いのですが．．．）
今回は大会報告ではなく，皆さんお苦しみの磁気式エンコーダについて書きます．
自分も，９月下旬にハーフの機体を組みましたが，自作の磁気式エンコーダの値のブレが酷く制御どころではありませんでした．
そのときの速度ログがこちら↓
エンコーダで測定された1msec間のパルスのカウント数から速度を算出しています．
条件は，0.25Vくらい（？）の電圧をモータに入力し，空回ししました．
ギアのかみ合わせはそれなりに良かったので，周期的な摩擦の影響はないものと仮定します．
つまり，タイヤは一定の速度で回転しており，エンコーダで正しく測定できれば一定の速度が測定されるはずです．
100～350mm/sの範囲でぶれており，とても制御に使えるセンサー値ではありません．実際にこの状態で制御をすると，周期的にｶｯｶｯと音が聞こえ，急激な加減速が起こります．
上のグラフを見ると，多少のずれはありますが，50msecの周期性があります．これはタイヤ1回転とおおよそ一致しております．
このエンコーダのブレを直すために，ローパスフィルタをかける方や，加速度センサーと組み合わせて自作磁気式エンコーダを使用されている方がいらっしゃいますが，私はエンコーダのブレが周期的である点に着目し，ブレを無くすことを行いました．
1回転分のブレを詳しく見るために，モータに一定の電圧をかけ，タイヤが一回転する時間の角度ログをとりました．（下図）
青線が理想ですが，測定された赤線は大きくずれています．
ブレが1回転周期なので，1回転は正確に測定できます．
今回使用したエンコーダの1回転のパルス数は2048なので，ある時間にパルス数を0とし，その時間からパルス数が2048になるまでの角度を測定し，グラフにしたのが上の図になります．
角度を補正するために，下図のような青線に対して赤線が対象となるグラフを作成します．
↑11/14に横軸の単位を修正しました．
上図のグラフをルックアップテーブルとして用いて，エンコーダで測定された角度を補正します．
具体的には，
Sensor angle = 測定されたパルス数%一回転のパルス数
を求め，ルックアップテーブルを用いて補正します．
このルックアップテーブルを取得する作業を私は，エンコーダのキャリブレーションと呼んでいます（笑）
その結果がこちら（下図）
青線が理想で，赤線が測定し．なんと良い線形であろう！
ただ，少し問題があり，さきほど1回転が正確に取れると書きましたが，じゃっかんの誤差を含んでいるようです．（プログラムミスなのかわかりませんが．．．）
なので，キャリブレーション後に回転を重ねていくと，エンコーダの補正が甘くなります．
そこで，キャリブレーションしてから2048回転後と4096回転後の補正後角度ログをとりました．（空回し）
なんで4096回転にしたかというと，32*32*90/タイヤ直径/円周率が確か4000付近だからな気がします．（少し前の記憶）
↓2048回転後
↓4096回転後
まあ，ちょっとずつ補正後の値がぶれてしまいますが，まあ現状は問題ないです．ローパスフィルターや加速度センサーを使わなくても走ってます．
最後に，空回しではなく，実際に走行させた場合の速度ログの比較．
（このデータを取ったときは，機構的な
磁石の回転ブレを無くす処置を行ったので，補正前のブレが少し少なくなっている）
↓補正前
↓補正後
では，よき自作磁気式エンコーダーライフを！
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