Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое резонанс шагового двигателя

  • Отправить тему по email
  • Версия для печати

Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение Patrick Yegor » 19 ноя 2012, 18:08

Хотел бы поднять тему, над решением которой бьемся уже пол года.
Прошу помочь решить проблему

суть проблемы вкратце:

моторы входят в резонанс и пропускают шаги интенсивно и очень непредсказуемо.
Модели двигателей: FL86STH80-4208A 4.2A 4Nm 4phase http://electroprivod.ru/fl86sth.htm
Модели драйверов: CW8060 http://cnc4you.co.uk/resources/CW8060.pdf
Метод подключения моторов: обмотки включены паралельно
Блоки питания: NES-350-48
Метод подключения блоков питания к сети: Паралельно
Метод подключения драйверов к блоку питания: индивидуально

При поиске причины были произведены дальнейшие действия:
1. Замена ПК (с полным отключением всех периферийных портов, установкой даже вин2000 с отключением всех возможных служб, установкой Lockdown версией мач3 v2.63)
2. Меняли местами драйверы, двигатели
3. Пробовали двигатели без нагрузки в отсоединенном от станка состоянии
4. Меняли редукцию
5. Произвели заземление
6. Шлифовали станину и притирали в сборе и добились того, что для движения станины необходимо усилие +- 0.4nm
7.Шунтировали обмотки резисторами
8. Меняли микрошаг во всем диапазоне
9. Меняли частоту в Мач3
10. Меняли настройки степ/дир, а так же другие настройки мач3
11. Меняли настройки ампеража драйверов (на 1А проблема с вибрацией устраняется и пропусков шагов нет, но момент слишком низкий)

Прилагаю видео, а так же ссылки на продукты.

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение Nick » 19 ноя 2012, 20:35

Use the Console, Luke.

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение aftaev » 19 ноя 2012, 20:41

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение Patrick Yegor » 19 ноя 2012, 22:17

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение aftaev » 19 ноя 2012, 23:12

если двиг на 4А при переходе на 6А ЗАЧЕМ чтоб железо в насыщение ушло?
Снижайте скорость оси и ускорение в 2раза. На видео ваши моторы просто не тянут.

По видео ваши слова — Мотор останавливается. Конечно остановится если вы его на 3500 об раскрутили это же не сервы.

Если поставите сервы то станок нужно будет прикручивать к столу
Вот примерно такие же шаговики как у вас правда на 425oz-in c редукцией 1:2 и тот же станок с сервами на 3000 об/мин. Ваши шаговики на 3500 об/мин просто ЗАГНУТЬСЯ
https://www.youtube.com/watch?v=IAfP3dh-4PU

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение Rafiq » 19 ноя 2012, 23:30

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение aftaev » 19 ноя 2012, 23:36

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение Rafiq » 19 ноя 2012, 23:44

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение aftaev » 19 ноя 2012, 23:52

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение Rafiq » 19 ноя 2012, 23:56

Re: Проблема резонанса и пропуска шагов

Сообщение Patrick Yegor » 20 ноя 2012, 00:00

в том видео, которое я выложил, я специально показал, что ни с редукцией 3:1 ни напрямую не работают
они не могут не тянуть!

усилие такое они развивают, что когда шпиндель ударил в 4ю координату, развернуло голову на 45 градусов!
когда они не глючат, усилие такое, что остановить руками невозможно

не из-за нагрузки, не из-за разгона они входят в резонанс.
я же описал, что все это ни коим образом на решение проблемы не влияет

Мотор ведет себя точно так же когда снят
при любых частотах, при любых разгонах и при любах токах кроме 1А

Зачем 6А?
при паралельном подключении обмоток, инструкция по эксплуатации мотора гласит, что для паралельного типа подключения настоятельно рекомендуется работать при 6А
ни при 4 ни при 3 ни при 2.8А мотор не начинает работать

только 1А, при этом токе еле слышен резонанс, но остановки не происходит, но крутящий чересчур низок

Такс. Я вижу мы залезем в дебри и ютубы и суждения о серво-шд
У меня работа остановилась и я готов щедро вознаградить того, кто поможет решить проблему

я перефрезровал кучу всего за последние 8 месяцев, но когда понял что я случайно установил не в то положение ток, обрадовался так как знал что можно будет повысить подачи, но не тут-то было.
один день на 6А работает норм, фрезерую 10мм фрезой 2 перой, 3 в глубину подачи 350, а уже завтра например он даже с места не может сдвинуться
вчера он летал на быстрых перемещениях 1800, а сегодня и 500 не может набрать

Что такое резонанс шагового двигателя

Резонансом Шумана называется явление резонанса природных электромагнитных волн в замкнутом волноводе, образованном земной поверхностью и нижними слоями ионосферы. Его существование было теоретически предсказано немецким физиком Вильфридом Отто Шуманом в 1952 году и потом экспериментально обнаружено им же и его сподвижниками. Для правильного настроя на понимание принципа данного явления необходимо сразу же сделать акцент на том, что сигналы резонанса Шумана — это не какие-то самостоятельные сигналы особой природы, генерируемые неким особым источником, а всего лишь сигналы, выделяемые резонансными свойствами волновода Земля-ионосфера из общего природного сверхнизкочастотного электромагнитного шума, создаваемого преимущественно (но не единственно) атмосферными электрическими разрядами.

1.2. Физический принцип

Резонанс Шумана возникает вследствие того, что электромагнитные волны, излучаемые источником, находящимся в волноводе Земля — ионосфера, многократно проходят по нему, огибая земной шар, и при этом накладываются друг на друга, что при встречном движении приводит на определенных частотах к образованию стоячих волн. В большинстве научно-популярных источников этот процесс иллюстрируется простейшей статической двумерной схемой, что является чрезмерным упрощением. Поэтому для более полного и корректного представления о данном резонансе и понимания некоторых важных деталей обратимся к трехмерным моделям, в т.ч. к динамическим.

Читать еще:  Шипящий звук при работе двигателя

В общем виде принцип резонанса Шумана иллюстрируется рис.1.1. Электромагнитная волна, созданная источником колебаний, начинает распространяться равномерно во все стороны, обтекая земной шар. В диаметрально противоположной точке — антиподе, пройдя по любой из дуг вдоль поверхности Земли одно и то же расстояние, она встречается сама с собой, после чего продолжает двигаться, накладываясь сама на себя. Т.о. в точке — антиподе происходит геометрический реверс волны по отношению к самой себе, что, в определенной степени, аналогично отражению волны от отражателя без потерь. Поэтому будет корректно назвать волну, движущуюся от источника к точке реверса, прямой, а движущуюся от точки реверса к источнику — обратной.

Если источник продолжает излучать электромагнитные колебания, то после прохождения волной одного полного оборота устанавливается режим, при котором в любой точке пространства между земной поверхностью и ионосферой присутствуют две когерентные волны (т.е. имеющие одну и ту же частоту и постоянную разность фаз), двигающиеся во встречных направления вдоль дуги, соединяющей источник электромагнитных колебаний с его географическим антиподом. Если при этом они делают полный оборот вокруг Земли за целое число периодов, то в пространстве Земля — ионосфера возникает стоячая волна.

Рис.1.1. Принцип резонанса Шумана

Вектор электрической компоненты резонанса Шумана направлен вертикально, поэтому его ориентация не изменяется при изменении азимутального направления движения волн в рассматриваемом волноводе. В результате в точке реверса и в точке источника амплитуды прямой и обратной электрических волн совпадают как по величине, так и по знаку, вследствие чего суммируются и создают пучности. Это подтверждается математическим выражением для суммы прямой и обратной синфазных волн (без учета потерь и изменения сечения волновода — см. ниже):

[1] sin(ωt + X) + sin(ωt — X) = 2 sin(ωt) cos(x)

sin(ωt + X) — амплитуда прямой волны c круговой частотой ω в момент t точке X;

sin(ωt — X) — амплитуда обратной волны c круговой частотой ω в момент t в точке X.

Как видно, максимальные значения амплитуд данной стоячей волны изменяются вдоль оси X по закону косинуса, т.е. на концах полуволновых интервалов располагаются пучности, что соответствует левой верхней диаграмме рис.1.1. При этом напряженность поля в каждой точке оси X меняется во времени по синусоидальному закону.

Вектор магнитной составляющей электромагнитной волны всегда ортогонален вектору электрической, поэтому в данном случае будет горизонтален. В связи с этим векторы магнитных волн, излучаемых в точке S в диаметрально противоположных направлениях, будут противофазны. Эта противофазность сохранится и до момента их встречи в точке R и будет сохраняться далее в течение всего цикла встречного движения. Поэтому в точках S и R амплитуды прямой и обратной магнитной волны будут равны, но противоположны по знаку, что приведет к образованию в данных точках узлов стоячей волны. При этом уравнение [1] примет вид:

[2] sin(ωt + X) — sin(ωt — X) = 2 cos(ωt) sin(x)

что соответствует левой нижней диаграмме рис.1.1.

Как видно, электрическая и магнитная волна резонанса Шумана сдвинуты относительно друг друга на четверть длины в пространстве и на четверть периода во времени. Динамика процесса формирования компонентов стоячей волны иллюстрируется рис.1.2. на примере второй гармоники резонанса.

Рис.1.2. Формирование волн второй гармоники резонанса Шумана

Слева — электрическая волна, справа — магнитная. Цвета стоячих, а также прямой и обратной бегущих волн соответствуют цветам рис. 1.1. Кнопка «пуск» запускает анимацию, кнопка «стоп» возвращает диаграмму в исходное статическое состояние.

1.3. Трехмерное представление

На рис.1.3. показаны трехмерные статические модели стоячих волн резонанса Шумана для первой — третьей гармоник (за основу взяты изображения моделей из презентации к обзорному докладу сотрудника ЕКА С.Т.Редондо «Резонанс Шумана в полости Земля — ионосфера» — см. приложение B).

для переключения между моделями первой и второй/третьей гармоник кликните по рисунку

Рис.1.3. Трехмерные модели резонанса Шумана

Еще одной особенностью резонанса Шумана, обусловленной геометрией его волновода, является специфическая зависимость напряженности поля от расстояния. Если в случае источника волн, находящегося в свободном пространстве, она убывает пропорционально квадрату расстояния, то в рассматриваемом волноводе она первую половину пути от источника к точке реверса убвает, а далее — возрастает, причем, в случае идеального волновода без потерь, возрастает до первоначального значения. То же происходит и с напряженностью поля обратной волны. Причина данного явления заключается в том, что площадь поперечного сечения волновода растет по мере удаления от источника и точки реверса и достигает максимума в середине интервала между ними, где диаметр сечения волновода максимален (рис.1.4). Соответственно, учитывая, что волна занимает весь объем волновода, плотность энергии будет уменьшаться по мере приближения к середине интервала.

Рис.1.4. Зависимость напряженности поля резонанса Шумана от расстояния
(для идеального волновода)

Площадь поперечного сечения волновода равна площади усеченого конуса с образующей, равной высоте волновода Земля — ионосфера, и радиусами оснований, равными RзCos(α) и RиCos(α), где Rз и Rи — радиусы Земли и ионосферы соответственно, а α — значение значение географической широты сечения волновода относительно «экватора» — окружности, равноудаленной от точек источника S и его антипода (точки реверса) R. Как видно, площадь поперечного сечения изменяется по косинусоидальному закону, из чего можно было бы сделать предположение, что и плотность энергии также будет изменяться по косинусоидальному закону. Однако данное предположение требует проверки расчетом, что выходит за рамки настоящей главы. Результаты современного компьютерного моделирования изменения амплитуды магнитного поля в зависимости от расстояния можно посмотреть в приложении B. Следует также отметить, что в большинстве источников, описывающих основы резонанса Шумана, данный эффект может вообще не упоминаться.

1.4. Частоты резонанса

Упрощенный расчет частот резонанса Шумана может быть сделан исходя из условия, что электромагнитная волна должна укладываться на длине окружности земного шара целое число раз, при этом потери в волноводе отсутствуют. С учетом этого имеем следующее выражение для частоты резонанса:

Читать еще:  Что такое форсаж двигателя автомобиля

[3] f = Cn/2πRз = 7.5n,

где n — номер гармоники резонанса, С = 300000 км/с — скорость света, Rз = 6370 км — радиус Земли. Ряд частот для первых пяти гармоник резонанса, вычисленных по данной формуле, приведен в таблице, и, как видно из сравнения с фактическими значениями, дает погрешность, возрастающую с ростом частоты. Одна из причин этого заключается в том, что упрощенный расчет базируется на евклидовой геометрии, использование которой для сферических форм не совсем корректно. Поэтому первым шагом в совершенствовании математической модели является использование аппарата сферической геометрии, в т.ч. полиномов Лежандра для описания волн. Результатом является следующее выражение для частот:

[4] f = (C/2πRз)√n(n+1) = 7.5 √n(n+1) Гц.

Данное выражение дает ряд частот с еще большей погрешностью (см. таблицу). Причина заключается в том, что оно справедливо для волновода с идеально токопроводящими стенками. Поверхность Земли в первом приближении удовлетворяет этому условию, чего не скажешь об ионосфере, потери в которой замедляют скорость электромагнитных волн, понижая частоты резонанса. В.О.Шуман учел данный фактор, введя в формулу [4] для идеального волновода без потерь делитель Re(σ), представляющий собой действительную часть комплексного показателя рефракции ионосферы, и получил следующее выражение:

[5] f = [C/2πRзRe(σ)]√n(n+1) = [7.5/Re(σ)] √n(n+1) Гц.

Данная формула дает существенное приближение расчетных значений частот ряда к фактическим в области высших гармоник (см. таблицу), но погрешность в области низших, особенно на первой гармонике, все еще остается значительной. Это обусловлено тем, что реальные значения показателя рефракции ионосферы изменяются с изменением высоты, поэтому современный математический аппарат предусматривает использование моделей, учитывающих данное изменение, в частности, двухступенчатой (двухвысотной) линейной модели (подробнее см. в приложении А).

Расчетные и фактические частоты резонанса Шумана

модельряд частот с 1-й по 5-ю гармоники, Гц
идеальная евклидова7,5 — 15,0 — 22,5 — 30,0 — 37,5
идеальная сферическая10,6 — 18,4 — 26,0 — 33,5 — 41,1
сферическая Шумана (с потерями)8,5 — 14,7 — 20,8 — 26,8 — 32,9
фактически7,8 — 14,1 — 20,3 — 26,4 — 32,4

В последние годы появляются новые, более точные модели резонанса, расчитываемые на мощных ЭВМ, например, TLM (Transmission-Line Modelling). Кроме того, делаются попытки применить для расчета вместо классических уравнений Максвелла аппарат квантовой электродинамики. Данные направления будут рассмотрены в отдельной главе.

Указанные в таблице фактические частоты являются средними значениями центральных частот спектров гармоник, полученными по данным большого числа измерений. Текущие значения не являются стабильными и зависят от многих факторов, в первую очередь от параметров ионосферы (см. рис. 1.5).

Рис.1.5. Вариации частот первых четырех гармоник резонанса Шумана
(данные Томской станции мониторинга)

Периодически появляющиеся в популярных публикациях сенсационные сведения о том, что частота резонанса, якобы, неожиданно пошла в рост, не имеют под собой никаких объективных оснований, что будет показано далее при анализе данных мониторинга.

1.5. Спектр и уровни сигналов

На рис. 1.6. приведен типичный спектр регистрируемых естественных электромагнитных колебаний в полосе частот, соответствующих диапазону резонанса Шумана (представлена горизонтальная магнитная составляющая). Резонансам соответствуют пики спектра на частотах f1 — f7.

Рис.1.6. Спектр колебаний в полосе частот резонанса Шумана

(за основу взята иллюстрация из статьи К.Шлегеля и М.Фюллекруга «50 лет резонансу Шумана»)

Как видно, наибольшим абсолютным и относительным уровнями сигнала обладает первая гармоника, при этом с повышением частоты резонанс становится все менее выраженным, практически полностью затухая на частотах выше 60-70 Гц. Максимальное превышение сигнала резонанса на центральных частотах гармоник над фоном невелико. Это является следствием невысокой добротности резонатора Земля-ионосфера, из-за чего чего спектры гармоник размыты в достаточно широкой полосе частот. Амплитуды сигналов, также, как рассмотренные выше частоты, нестабильны во времени. Изменяется также ширина спектра (добротность) сигналов. Вид типовой спектральной характеристики гармоник и примеры графиков их амплитуд приведены на рис. 1.7.

Рис.1.7. Параметры спектра и амплитуда колебаний резонанса Шумана

(за основу взята иллюстрация из статьи К.Шлегеля и М.Фюллекруга «50 лет резонансу Шумана» и данные Томской станции мониторинга)

Более подробные сведения о параметрах колебаний резонанса Шумана, их измерении, обработке и мониторинге см. в следующих главах.

Добротность

В любой физической колебательной системе можно измерить степень ее отзывчивости – величину, которая называется добротностью и представляет собой уровень интенсивности отклика.

Разные показатели этой величины приводят к различным последствиям:

  1. При низкой степени добротности (или отклика) существующая система неспособна сохранять вынужденные колебания долгое время и постепенно возвратится к собственным колебаниям;
  2. Высокая добротность в некоторых случаях может быть опасной, так как напряженный резонанс обязательно приведет к разрушению физического тела, на которое производится воздействие извне.

Например, если не просто стоять на середине доски, перекинутой через широкую реку, а совершать раскачивающие ее движения (вверх-вниз), то, скорее всего, вскоре вы окажитесь в воде, так как доска сломается в той точке, где вы находились.

Великая сила мысли

Мысль, которую ты изо дня день «прокручиваешь» в голове – это не что иное, как аффирмация. Об их силе спорить не приходится. Поэтому крайне важно, чтобы твои «аффирмации» были позитивными, несли в себе положительную энергию и заряд.

«Нижайшие» вибрации соответствуют диапазону 0 и до 2,7 Гц. Если мы обратимся к представленной выше классификации, становится ясно, что это отрицательные, разрушающие эмоции. Наша же цель – достичь высоких, а в идеале — высочайших вибраций. И начать нужно со значений, превышающих 36 Гц. Например, с благодарности.

Если тебе кажется сложным провести практику благодарности, просто задумайся на секунду. Неужели, тебе некому сказать «СПАСИБО»? Ну, хотя бы:

  • родным, близким, детям и друзьям — за то, что они есть в твоей жизни;
  • родителям – как за то, что они подарили тебе эту жизнь;
  • работе, которая позволяет тебе обеспечивать свою жизнь;
  • домашним делам и хлопотам: если есть они – значит, у тебя есть дом!
  • слезам – значит, ты умеешь чувствовать!
  • усталости в конце дня: значит, удалось потрудиться на славу и теперь можно хорошенько отдохнуть!
  • ошибкам и неудачам, ведь они дали тебе новый опыт и знания.

(Продолжи список самостоятельно, у тебя получится!)

Учись находить и замечать мелочи, за которые ты можешь благодарить свою жизнь каждый день. И, наконец, научись ценить то, что имеешь сейчас (именно сейчас, а не в будущем – ведь это твои цели, а не реальность).

Резонансный метод разрушения льда

Внешние видеофайлы
Видео-клип, демонстрирующий резонансный метод разрушения ледяного покрова

Известно, что при движении нагрузки по ледяному покрову развивается система изгибных гравитационных волн (ИГВ). Это сочетание изгибных колебаний пластины льда и связанных с ними гравитационных волн в воде. Когда скорость нагрузки близка к минимальной фазовой скорости от ИГВ, вода прекращает поддержку ледяного покрова и поддержка осуществляется только упругими свойствами льда. Амплитуда ИГВ резко возрастает, и с достаточной нагрузкой, начинается разрушения. Потребляемая мощность в несколько раз ниже (в зависимости от толщины льда) по сравнению с ледоколами и ледокольными навесными оборудованиями. Этот метод разрушения льда известен как резонансный метод разрушения льда [3] [4] Ученый Козин, Виктор Михайлович получил экспериментальные теоретические кривые, которые показывают возможности своего метода [5] .

Виды резонанса

В физике выделяют механический и звуковой резонанс.

Механический резонанс — это абсолютное или неполное совпадение частоты собственных колебаний любой механической системы с частотой изменения электродинамической силы. Механический резонанс бывает полным, если частоты колебаний системы и внешней силы совпадают полностью, либо частичным, когда совпадение неполно. Он основан на переходе потенциальной энергии в кинетическую и обратно.

Наиболее известной резонансной системой являются качели, частоту которых можно рассчитать по формуле:

где g — это постоянная ускорения свободного падения, равная 9,8м/с2, а L — длина от точки подвешивания маятника до центра его масс.

Механические резонансные частоты имеют большое значение при строительстве различных сооружений. Совпадение колебания составных частей объекта с внешними силами может привести к резонансной катастрофе, поэтому при проектировании мостов, зданий, самолетов и других сооружений, инженеры всегда учитывают колебательные частоты ожидаемого движения.

Звуковой резонанс — это резонанс, вызванный звуковыми волнами. Это явление, при котором акустические системы усиливают звуковые волны. При этом частота этих волн совпадает с резонансной частотой системы. Акустический тип резонирования имеет основную резонансную частоту, которая зависит от длины, массы и силы натяжения струн.

Самым простым примером для понимания звукового резонанса является наблюдение за взаимодействием двух камертонов:

  1. Подготовьте два камертона с совпадающими собственными частотами и поставьте их рядом, повернув их друг к другу отверстиями.
  2. Удар резиновым молотком по одному из камертонов приводит его в колебание. Если затем приглушить его, соседний камертон издаст звук, отзывающийся на колебания первого.

Это феномен является следствием того, что волны, образованные первым камертоном, доходят до второго, возбуждая в нем вынужденные колебания. В итоге одинаковая частота камертонов приводит к резонансу.

Акустический резонанс — важный фактор, который учитывается музыкальными мастерами при создании инструментов. Звуковая волна ударяет по объекту с частотой, соответствующей резонансной части инструмента, что приводит к резонансу. В струнных инструментах резонаторами выступают деки, усиливающие звуки, которые издают струны. Звучание и тембр зависят не только он формы резонатора, но и от качества и вида древесины и даже состава лака, которым покрывают готовый инструмент.
Звучание человеческого голоса также отражается благодаря резонаторам в голосовом аппарате. Звучащим телом является воздух, ограниченный стенками дыхательного тракта. Звук отражается от полостей с твердыми стенками, усиливаясь в несколько раз. Эти полости называются резонаторами.

В КК при подаче переменного напряжения от внешнего источника наблюдаются два вида резонанса и резкое увеличение двух видов амплитуды: амплитуды тока и амплитуды напряжения.

Амплитуда тока

Амплитуда тока резко возрастает при резонансе напряжений в последовательном контуре (последовательный резонанс). Источник переменной ЭДС включён в цепь, где нагрузкой служат последовательно включённые элементы L и С.

В этом случае в цепь входят сопротивления: активное r и реактивное x, равное:

Так как для внутренних колебаний xL и xC равны, то для тока, поступающего от генератора, при резонансе (когда частоты совпадают) эти значения тоже одинаковы. Поэтому x = 0. В итоге полное сопротивление цепи будет состоять только из небольшого активного сопротивления. Ток при этом получается максимальным.

Амплитуда напряжения

Резонанс токов (параллельный резонанс) является условием резкого возрастания амплитуды напряжения. Источник ЭДС подключается вне контура и нагружен параллельно соединёнными элементами L и С. В этом случае на эффект резонанса влияет внутреннее сопротивление генератора. Амплитуда напряжения на контуре максимальна при малом отличии напряжения контура от напряжения генератора. Это возможно при малом Ri.

Внимание! Изменение частоты генератора меняет ток, а амплитуда напряжения на контуре не отстаёт по величине от напряжения на генераторе. Если, U = Е — I*Ri, где Е – ЭДС, I – ток, то при малом Ri U = Е.

Формула для определения расчётной резонансной частоты для разных колебательных систем различается по входящим в неё параметрам. Несмотря на все различия, суть остаётся неизменной: эффект резонанса наступает тогда, когда частота внутренних колебаний системы и внешних воздействий становятся равны друг другу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector