Moritz Walter opublikował w serwisie hackaday.com artykuł dotyczący dokładności sterowania silnikami krokowymi. Silniki krokowe często wykorzystywane są w konstrukcjach drukarek 3D lub małych urządzeniach CNC. Dostępne silniki bi-polarne posiadają 200 lub 400 kroków na obrót co daje odpowiednio 1.8° i 0.9° na krok. Podczas skoku silnika pojawiają się drgania, aż do momentu ustabilizowania pozycji. Ilość kroków możemy zwiększyć stosując sterowanie mikrokrokowe. Sterownik mikrokrokowy pozwala na ustawienie wału silnika w położeniu po między pełnymi krokami wynikającymi z fizycznej konstrukcji silnika. Sterownik reguluje prąd w cewkach silnika wymuszając pośrednie położenie silnika między krokami. Takie sterowanie pozwala m.in na zmniejszenie drgań występujących przy sterowaniu pełnymi krokami. Starsze konstrukcje pozwalały na uzyskanie 4 mikrokroków, obecnie można uzyskać 16, 32 a nawet 256 mikrokroków. W przypadku silnika o 200 krokach na obrót, przy sterowaniu mikrokrokowym możemy teoretycznie uzyskać 51200 kroków na obrót.
Pamiętajmy że w praktyce mamy do czynienia ze sterowaniem w otwartej pętli. Rzeczywiste położenie wału silnika będzie zależało m.in od tarcia i momentu jaki działa na wał silnika krokowego. W rzeczywistości przy braku elementu sprzężenia zwrotnego (np. enkodera) dokładność sterowania wyniesie ±2 pełne kroki (tak, naprawdę tak słabo).
Kolejnym tematem jest moment na wale silnika jaki uzyskujemy przy sterowaniu mikrokrokowym. Poniżej tabela prezentująca różnice procentowe momentu przy sterowaniu mikrokrokowym w odniesieniu do sterowania z pełnymi krokami.
Autor materiału wykonał próby z silnikiem krokowym Wantai 42BYGHW609 1.7A, 4000g momentu trzymającego oraz 200 kroków na obrót. Na wale silnika zostało umieszczone lustro odbijające wiązkę lasera na linijkę fotografowaną przez DSLR. Położenie wału przy sterowaniu 16 mikrokroków na pełny krok było sprawdzane pod obciążeniem i bez obciążenia. Mikrokroki były wykonywane w obu kierunkach względem położenia zerowego (łącznie 32 mikrokroki, 16 w "prawo" i 16 w "lewo").
Zostały wykorzystane sterowniki:
Allegro A4988 Pololu 1A
The Texas Instruments DRV8825 Pololu 2.2A
Toshiba TB6560AHQ 3A
Więcej szczegółów dotyczących testów w materiale źródłowym.
Podsumowując, sterowanie mikrokrokowe może zredukować wibracje wału silnika krokowego po wykonanym skoku w porównaniu do sterowania z pełnym krokiem. Należy pamiętać, że nie uzyskujemy większej dokładności pozycjonowania, gdyż zależy ona od czynników zewnętrznych, natomiast przy sterowaniu w otwartej pętli nie mamy informacji o rzeczywistym położeniu wałka. Przy sterowaniu konstrukcji, która nie obciąża dużym momentem wału silnika, sterowanie mikrokrokowe może być ciekawym trikiem wpływającym na dokładność pozycjonowania (pamiętając że to sterowanie z otwartą pętlą).
Źródło:
https://hackaday.com/2016/08/29/how-accurate-is-microstepping-really/
Pamiętajmy że w praktyce mamy do czynienia ze sterowaniem w otwartej pętli. Rzeczywiste położenie wału silnika będzie zależało m.in od tarcia i momentu jaki działa na wał silnika krokowego. W rzeczywistości przy braku elementu sprzężenia zwrotnego (np. enkodera) dokładność sterowania wyniesie ±2 pełne kroki (tak, naprawdę tak słabo).
Kolejnym tematem jest moment na wale silnika jaki uzyskujemy przy sterowaniu mikrokrokowym. Poniżej tabela prezentująca różnice procentowe momentu przy sterowaniu mikrokrokowym w odniesieniu do sterowania z pełnymi krokami.
| mikrokroki na pełny krok | Incremental holding torque per microstep |
| 1 | 100 % |
| 2 | 70.71 % |
| 4 | 38.27 % |
| 8 | 19.51 % |
| 16 | 9.80 % |
| 32 | 4.91 % |
| 64 | 2.45 % |
| 128 | 1.23 % |
| 256 | 0.61 % |
Autor materiału wykonał próby z silnikiem krokowym Wantai 42BYGHW609 1.7A, 4000g momentu trzymającego oraz 200 kroków na obrót. Na wale silnika zostało umieszczone lustro odbijające wiązkę lasera na linijkę fotografowaną przez DSLR. Położenie wału przy sterowaniu 16 mikrokroków na pełny krok było sprawdzane pod obciążeniem i bez obciążenia. Mikrokroki były wykonywane w obu kierunkach względem położenia zerowego (łącznie 32 mikrokroki, 16 w "prawo" i 16 w "lewo").
Zostały wykorzystane sterowniki:
Allegro A4988 Pololu 1A
The Texas Instruments DRV8825 Pololu 2.2A
Toshiba TB6560AHQ 3A
Więcej szczegółów dotyczących testów w materiale źródłowym.
Podsumowując, sterowanie mikrokrokowe może zredukować wibracje wału silnika krokowego po wykonanym skoku w porównaniu do sterowania z pełnym krokiem. Należy pamiętać, że nie uzyskujemy większej dokładności pozycjonowania, gdyż zależy ona od czynników zewnętrznych, natomiast przy sterowaniu w otwartej pętli nie mamy informacji o rzeczywistym położeniu wałka. Przy sterowaniu konstrukcji, która nie obciąża dużym momentem wału silnika, sterowanie mikrokrokowe może być ciekawym trikiem wpływającym na dokładność pozycjonowania (pamiętając że to sterowanie z otwartą pętlą).
Źródło:
https://hackaday.com/2016/08/29/how-accurate-is-microstepping-really/
Fajne? Ranking DIY
