Mio-tech-service.ru

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

Шаговый двигатель микрошаг что

Микрошаг — режим деления шага шагового двигателя, когда обмотки мотора запитаны не полным током, а его уровнями, изменяющимися по закону sin в одной фазе и cos во второй.

В общем случае под микрошагом понимают микрошаговый режим управления шаговым двигателем, иначе говоря — режим деления шага. Микрошаговый режим отличается от штатного режима управления двигателем тем, что в каждый момент времени обмотки шагового мотора запитаны не полным током, а некими его уровнями, изменяющимися по закону sin в одной фазе и cos во второй. Такой метод дает возможность фиксировать вал в промежуточных положениях между шагами. Количество таких положений задается настройками драйвера. Скажем, режим микрошага 1:8 означает, что с каждым поданным импульсом STEP драйвер будет перемещать вал примерно на 1/8 полного шага, и для полного оборота вала потребуется подать в 8 раз больше импульсов, чем для режима полного шага.

  • Отправить тему по email
  • Версия для печати

Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение alexparser » 31 май 2014, 00:07

Приветствую ув. форумчане!

Приобрел драйверы CW5045 для шаговых движков, но немного не понял в плане настроек.
Есть возможность выставить микрошаг (см. картинку), но поскольку опыта нет то какие режимы лучше использовать понятия не имею.
Подскажите плиз какой микрошаг лучше выставить и на что это значение будет влиять в процессе эксплуатации?

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение michael-yurov » 31 май 2014, 00:32

Поставь для начала 1/8.

На крупном шаге сильнее вибрирует, ниже дискретность позиционирования, но для управления не нужны высокие частоты сигнала.
На более мелком микрошаге — более плавная работа, меньше вибраций, но возникает проблема с ограничением частоты Step.
Возникает она и на стороне системы управления (около 35 кГц для ЛПТ) и на уровне интефейсной платы / опторазвязки (дешевые зеленые не справляются с частотами выше 10 кГц), и у самого драйвера (у этого драйвера предел в районе 100 — 300 кГц).

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение Золушок » 31 май 2014, 08:56

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение michael-yurov » 31 май 2014, 10:36

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение Тенгель » 31 май 2014, 12:03

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение megagad » 31 май 2014, 12:19

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение Baha » 31 май 2014, 14:00

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение Тенгель » 31 май 2014, 14:06

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение Baha » 31 май 2014, 14:16

Ну да «пальцы» для кого то универсальный инструмент. Значит у вас большой опыт!
Только такой метод в механике дает большую ошибку, вплоть до ампутаций. Так что берегите свой «пальчик» для основного назначения.

Здесь график, того что megagad описывал «на пальцах», график зависимости динамического момента и тока от pps.

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение AndyBig » 31 май 2014, 15:07

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение Baha » 31 май 2014, 15:26

Re: Какой микрошаг лучше выставить?

Сообщение michael-yurov » 31 май 2014, 15:28

Да не изменится момент при изменении микрошага.
Момент падает с ростом скорости — тут уж ничего не сделаешь — так работают шаговые моторы.

Речь была о том, что в режиме полного шага при переходе на новую позицию мотор развивает намного больший крутящий момент, чем в режиме микрошага при переходе на соседнюю позицию микрошага.
Если же в режиме микрошага (например 1/16) потребовать от мотора перейти сразу на 16 позиций микрошага — момент будет такой же, как и в режиме полного шага, т.к. ток в обмотках будет такой же и все будет так же.
Т.е. момент будет зависеть от угла отклонения от целевой позиции. Естественно, что в режиме микрошага при маленьком шажке и повернуться мотору нужно на маленький угол, и услие для этого он создает намного меньшее, чем если бы ему нужно было бы шагнуть на полный шаг.
Глупо сравнивать рубли и доллары и говорить, что доллары намного лучше, т.к. на 1 доллар можно купить намного больше товаров, чем на 1 рубль.
Ваши рассуждения сравнимы с тем, что если человеку начать выплачивать зарплату долларами — он станет намного лучше зарабатывать, и намного лучше жить.

Читать еще:  Что такое ппп двигателя

А о чем говорит это сравнение площадей? о том, что в втором случае (красный график) мотор будет намного сильнее греться? (учти, что энергия уходящая на нагрев будет в квадратичной зависимости от тока, так что нужно не площадь смотреть, а брать интеграл от I²).
Так, вроде не нужно много ума, чтобы увеличить крутящий момент за счет увеличения рабочего тока шагового мотора. И микрошаг тут совсем ни при чем.

Про всякие TB6560 — вообще не стоит говорить, они в большинстве случаев нормально работают только в режиме крупного шага.

статья про мощность шагового мотора при разном микрошаге

Myp » 27 май 2014, 15:44

Re: статья про мощность шагового мотора при разном микрошаге

pdk » 18 июн 2014, 20:37

Хорошая таблица, вот только кто бы еще объяснил как связан «Holding Torque» с мощностью ??

Таблица показывает резкое падение момента с увеличением делителя микрошага, все верно,
но для специфического применения — если положение вала надо фиксировать именно с точностью микрошага.
Т.к. погрешность шага на обычных моторах может быть до 5%, то, даже в этом случае, микрошаг меньше 1/32 никакого смысла нет.

Если же микрошаговая точность не нужна, то все меняется до наоборот.
В микрошаговом режиме момент больше!
Происходит это за счет уменьшения гармоник в моменте от обмоток.

Для полушага график на картинке, для больших делений кривая момента становится еще более пологой.

Re: статья про мощность шагового мотора при разном микрошаге

Myp » 18 июн 2014, 22:37

по графику на частоте в 2 кГц при полном шаге момент в районе 1 нМ, в микрошаге 1/8 частота должна быть 16 кГц и момент мотора при той же скорости вращения будет в районе нуля.

собственно на графике это и нарисовано, одинаковый момент в полушаге получается на частоте в 2 раза большей чем в полном шаге.
уменьшили шаг в 2 раза, подняли частоту в 2 раза, получили ту же скорость вращения мотора и тот же момент.

если для полушага это ещё и имеет некий смысл, ничего не потеряв получили в 2 раза большую точность, то в режиме 1/4 всё становится плохо.
при частоте 8 кГц момент уже почти в 2 раза ниже чем при полном шаге.

так что хоть графики и разные, смысл у них один и тот же

Re: статья про мощность шагового мотора при разном микрошаге

Dmitry__ » 18 июн 2014, 22:53

Re: статья про мощность шагового мотора при разном микрошаге

Myp » 18 июн 2014, 23:09

математика не мой конёк, но вроде всё верно же

в полном шаге 1 импульс это 1,8 градуса поворота.
180 градусов это 100 импульсов, 360 градусов 200 импульсов.
для поворота вала на 360 градусов за 1 секунду, надо послать 200 импульсов в секунду. 200 Гц

тобишь в режиме микрошага 1/8, для такой же скорости вращения, оборот за 1 с надо подать в 8 раз больше импульсов, 1600 Гц.

Re: статья про мощность шагового мотора при разном микрошаге

Dmitry__ » 18 июн 2014, 23:59

При делении шага на микрошаги, не происходит увеличения частоты. Она остается такой же как при полном шаге. Если у тебя контроллер типа степ/дир, то увеличенное колич. шагов «степ» в 8 раз (для 1/8 микрошага) на выходе даст ту же частоту как для полного шага, но увеличит в 8 раз колич. промежуточных положений ротора.

Добавлено спустя 8 минут 1 секунду:
Статья, имхо, бред. 0.61% при степ 256 говорит только о том, что такое усилие будет обеспечивать точность 1/256 полного шага. Но в 3д принтерах этого и не добиваются. Там микрошаги нужны только для более равномерного вращения свигателей, чтоб на уши звук не давил

Добавлено спустя 6 минут:

Re: статья про мощность шагового мотора при разном микрошаге

Myp » 19 июн 2014, 09:58

а, понял, ты про частоту смены направления магнитного потока в железе.

хм, странно, если с микрошагом момент растёт
то почему же я когда перемычками уменьшал микрошаг на драйвере, то мотор крутился хуже
остановился на 1/8, мельче уже пропуски и неравномерно крутился.

Re: статья про мощность шагового мотора при разном микрошаге

Aseris » 19 июн 2014, 15:17

Читать еще:  Газовый двигатель ямз что это

Re: статья про мощность шагового мотора при разном микрошаге

Myp » 22 авг 2014, 12:07

как мне видится связь момента удержания с мощностью
особенно в моём случае, у меня шаг винта 3мм.

например фрезеруем линию, под углом 10 градусов к оси Х
сделав 1 микрошаг по оси Y делаем несколько микрошагов по оси Х.
во время выполнения шагов по оси Х так же и испытываем нагрузку на ось Y за счёт отжимания заготовки вращающейся фрезой(в зависимости от направления обхода будет давить в плюс или в минус).
если момент удержания в микрошаге составляет

10% от номинала, то может произойти пропуск шага, тоесть ШД провернётся из промежуточного софтового положения микрошага в одно из стабильных механических шагов.

в принципе если шаг винта достаточно большой и подача большая то отжимания фрезы в момент реза достаточно хорошо передаётся на мотор.

Программа управления написана на языке Assembler для Intel-МСS51-совместимых микроконтроллеров [5] и отлажена в интегрированной среде разработки приложений Keil-μVision3, основное окно которой с результатами отладки программы показано на рис. 8.

Рис. 8. Окно среды программирования Keil-μVision3 с результатами отладки программы управления

При тактовой частоте микроконтроллера 11,0592 МГц частота вращения ШД находится в диапазоне:

а) в режиме «Точно» 0-100 об/мин;
б) в режиме «Грубо» 100-1000 об/мин.

Программа защищена от зацикливания встроенным сторожевым таймером, настроенным на период сброса, равный 2047,973 мс.

Режим микрошага

Микрошаговый режим наиболее часто применяемый способ управления шаговыми двигателями на сегодняшний день. Идея микрошага состоит в подаче на обмотки мотора питания не импульсами, а сигнала, по своей форме, напоминающего синусоиду. Такой способ изменения положения при переходе от одного шага к другому позволяет получить более гладкое перемещение, делая шаговые моторы широко используемыми в таких приложениях как системы позиционирования в станках с ЧПУ. Кроме этого, рывки различных деталей, подключенных к мотору, также как и толчки самого мотора значительно снижаются. В режиме микрошага, шаговый мотор может вращаться также плавно как и обычные двигатели постоянного тока.

Форма тока, протекающего через обмотку похожа на синусоиду. Также могут использоваться формы цифровых сигналов. Вот некоторые примеры:

Метод микрошага является в действительности способом питания мотора, а не методом управления обмотками. Следовательно, микрошаг можно использовать и при волновом управлении и в полношаговом режиме управления. Ниже продемонстрирована работа этого метода:

Хотя кажется, что в режиме микрошага шаги становятся больше, но, на самом деле, этого не происходит. Для повышения точности часто используются трапецевидные шестерни. Этот метод используется для обеспечения плавного движения.

Похожие материалы

  • Разработка автоматизированной информационной системы организация приема онлайн заказов для распечатывания фотографий
  • Автоматизированная информационная система для студии дизайна интерьера
  • Автоматизация процесса оценки выпускных квалификационных работ на основе компетентностного подхода
  • Разработка и исследование автоматизированной системы управления утилизации жидких отходов
  • Управление процессом ректификации

Шаговые двигатели находят широкое применение в современной автоматизации. Благодаря низкой стоимости, обширному выбору вида, режима управления, данный тип двигатель популярен не только в заводском оборудовании, но и в самоделках электротехников-любителей (например 3D-принтеры, выжигатели по дереву и прочее). Двигатели данного типа применяются в станкостроении (например в станках ЧПУ), робототехнике, 3D печати благодаря высокой точности позиционирования, широкому диапазону скоростей, быстрому старту, остановки, а также стабильной работе при различных нагрузках.

Шаговый двигатель позволяет осуществлять позиционирование ротора с точностью до долей градуса [1]. Отсюда возникает потребность в управлении плавным изменением скорости перемещаемого объекта шаговым двигателем, что позволит увеличить значение вращающего момента и исключить ударное воздействие на перемещаемый объект.

Существует несколько режимов для управления перемещения ротора шаговым двигателем.

Полношаговый режим — наиболее часто используемый метод управления. Из названия становится понятно, что ротор при подаче напряжения на обмотки совершает полный шаг. Например в двигатель, который состоит из 4 обмоток напряжение подается «попарно». Минус такого режима — возможен резонанс.

Полушаговый режим — режим, который применяется для увеличения точности работы двигателя. Ток подается на все пары обмоток одновременно, тем самым ротор поворачивается ровно на половину от полного шага. Данный режим менее подвержен к появлению резонанса.

Микрошаговый режим — режим, который использует в своей работе подачу тока на обмотки сигналами, а не импульсами, как в других режимах. Такой сигнал называют синусоидальным, при таком сигнале плавно изменяющим значение тока подающееся на обмотки двигателя, снижается количество рывков и ударное воздействие на перемещаемый ротором объект. Данный режим используют станки ЧПУ, так как такое плавное перемещение гарантирует точное позиционирование перемещаемого ротором объекта.

Читать еще:  Шумно работает двигатель дэу нексия

Своевременное изменение значение скорости вращаемого ротора двигателя является важным процессом в работе всей автоматической системы. Во многих станках применяются шаговые двигатели, позволяющие развивать большую мощность и точность позиционирования [2].

Максимальная рабочая скорость двигателя находится в прямой зависимости от следующих характеристик:

  • Напряжение
  • Индуктивность обмотки
  • Ток
  • Количество шагов
  • Тип подключения обмоток (4, 6 выводной и т.д.)
  • Сопротивление

Шаговый двигатель управляется последовательной поочередной подачей определенных импульсов напряжения на обмотки первой и второй фазы возбуждения [3]. Для развития больших скоростей ротору двигателя требуется начинать на низких скоростях из области старта (рисунок 1), после чего выполнять разгон плавно увеличивая величину ускорением. Важно не превышать в области старта значение максимальной скорости. При выполнении остановки вращения выполняется обратный порядок действий, а именно выполняется торможение и в области старта прекращается подача импульсов управления с микроконтроллера. Если нарушить последовательность шагов синхронное перемещение и положение ротора будут потеряны. При разгоне может возникнуть неблагоприятное явление — резонанс. Резонанс замечен меньше при таких режимах работы шагового двигателя как микрошаговый и полушаговый. При появлении резонанса падает момент, из-за чего двигатель начинает пропускать шаги. Наиболее простое решение проблемы резонанса является установка двигателя с более сильными мощностными характеристиками. Для наиболее стабильного разгона желательно иметь нагрузку, при которой момент инерции как минимум равен моменту инерции ротора. На слабо-нагруженном двигателе явление резонанса проявляется наиболее сильно.

Рисунок 1. График зависимости момента шагового двигателя от скорости

Для исполнения процессов разгона или торможения важно правильно сформулировать закон, по которому изменяется значение скорости и установить максимально допустимое значение ускорения. Ускорение должно уменьшаться при увеличении инерционности нагрузки. Для выбора нужного режима разгона необходимо установить нужную скорость и добиться ее за минимальное время. Чаще всего применяется постоянное ускорение для процесса разгона и торможения двигателя.

Микроконтроллер управляет ускорением и торможением двигателя посредством заданного закона, также выполняет роль источника тактовой частоты для драйвера.

Для наиболее абстрактного от деталей случая необходимо установить зависимость длительности шага от текущей скорости.

Характеристика отражающая количество шагов, выполненных при разгоне ротора представим как:

где V — скорость, t — время, N — количество шагов, a — ускорение

Тогда длительность одного шага вычисляется как:

Отсюда следует скорость за один полный шаг:

Шаговые двигатели очень популярны в наше время, но обладают некоторыми недостатками, которые следует решить путем разработки автоматической системы интеллектуального управления скоростью шагового двигателя.

Волновой полушаговый принцип управления ШД

Может иметь место также и волновой полушаговый режим управления двигателем. В этом режиме одновременно работают не боле двух обмоток, позволяя делить угловой шаг пополам, но снижая развиваемый крутящий момент на валу. Схема полушагового волнового режима приведена ниже.

Благодаря развитию современных средств микроэлектроники появилась возможность реализовать наиболее продвинутый режим управления шаговыми двигателями — микрошаговый. В этом режиме на смежные обмотки двигателя подаются электрические сигналы, отношение которых пропорционально величине деления номинального угла поворота статора. Физически подаваемые электрические сигналы напоминают синусоиды, смещенные по фазе друг относительно друга и дискретизированные по величине. При этом изменяется фаза сигналов, подаваемых на разные обмотки, и ротор позиционируется между полюсами статора в положении, пропорционально токам, действующим в смежных обмотках.

Режим микрошагового управления хорош тем, что обеспечивает высокую плавность вращения ротора двигателя, высокую точность перемещения, низкий уровень шума. Недостатком данного способа управления ШД является снижение развиваемого вращающего момента. Причём, чем больше коэффициент деления шага, тем развиваемый момент на валу ШД будет меньше. Использование современной элементарной базы и аппаратных методов регулирования тока позволяет частично компенсировать этот недостаток. А благодаря возможности существенно повысить точность перемещений исполнительных механизмов режим микрошагового управления шаговыми двигателями занял существенную нишу в современной технике.

Современные схемы управления шаговыми двигателями (драйверы) обеспечивают режим микрошага 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 и более!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector