Микрошаг: Микрошаговый режим (микрошаг) шагового двигателя

Опубликовано: 17.06.2023 в 09:35

Автор: admin

Содержание

Микрошаговый режим (микрошаг) шагового двигателя

Микрошаг шагового двигателя

Микрошаг — режим деления шага, при работе в котором обмотки шагового двигателя в каждый момент времени запитаны не полным током, а 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.

Применение микрошагового режима

У микрошагового режима может быть несколько применений.

Вначале разберем несколько заблуждений относительно микрошага:

Микрошаг позволяет увеличить точность привода.

На самом деле это не так. Во-первых, этому мешает геометрическая неидеальность ротора и статора двигателя, неидеальные обмотки, зазоры в подшипниках вала и т.п. В результате двигатель выполняет шаги всегда с некоторой погрешностью(как правило, 5% от величины полного шага), причем абсолютное значение погрешности постоянно для любого выбранного микрошагового режима! Кроме того, во многих драйверах управление двигателем также далеко от идеального, что приводит к дополнительной неравномерности перемещения в режиме микрошага. Дальнейшее деление шага более чем на 5-10 микрошагов приводит только к увеличению разрешающей способности привода, но не точности. То есть вы сможете более дискретно задавать позицию в ЧПУ системе, но не сможете её получить с заданной точностью.

Микрошаг значительно снижает момент двигателя(относительно полношагового режима).

Момент действительно снижается. Однако, использование микрошага одновременно увеличивает плавность хода двигателя, и снижает резонансные явления, что способствует увеличению момента. Два противоположных влияния на момент в среднем более-менее уравновешивают друг друга. В многих случаях применение микрошага на самом деле увеличивает момент, поэтому целесообразность отказа от микрошагового режима должна определяться в каждом конкретном случае.

Основным применением микрошагового режима является борьба с резонансом, снижение вибрации шагового двигателя и повышения плавности хода передачи. Достигается это благодаря тому, что при использовании микрошагового режима на вал мотора действуют более кратковременные усилия разгона-торможения, сам вал совершает шаги меньшей амплитуды, в результате инерционные явления проявлены слабее.

Выбор оптимального режима деления шага

Оптимальный режим деления шага необходимо выбирать в зависимости от конкретного станка и стоящих задач. Основными факторами являются необходимость снизить резонанс двигателей, уменьшить шум, изменить разрешающую способность станка. В большинстве случаев имеет смысл использовать наибольшее деление шага, при котором станок сможет развивать расчетную максимальную скорость. Ограничением в данном случае будет максимальная частота входных импульсов у драйвера или максимальная частота генерации управляющих импульсов ЧПУ-системой. Скажем, скорость вращения 10 об/сек стандартного двигателя с шагом 1.8 град требует подавать импульсы STEP с частотой 2000 Гц для режима полного шага и с частотой 256 кГц для деления шага 1:128, тогда как, программа Mach4 максимально может генерировать импульсы с частотой 100 кГц.

Микрошаговый режим драйверов Leadshine

Цифровые драйверы Leadshine построены с применением особой технологии — драйверы всегда используют максимальный режим деления шага. Такая технология позволяет добиться максимальной плавности движения при любых установках режима деления шага и максимально устранить вибрации шагового двигателя.

DARXTON

Мифы о микрошагах или есть ли смысл делить шаг до бесконечности.

Ходит достаточно много ‘слухов’ о зависимости звуков шаговых двигателей от прошивки, легенд о микрошага и прочих сказках на ночь для репраперов.

Давайте рассмотрим факты о работе шаговиков.

Многим хочется думать,что поделив шаг на большее количество микрошагов мы получим большую точность,как следствие увеличения разрешения.

Но все несколько не так. Увеличивая дробление шага мы очень сильно понижаем крутящий момент. Уменьшая шаг — увеличиваем разрешение. Но уменьшаем точность позиционирования.

У очень немногих двигателей есть чистая синусоидальная зависимость момента от поворота оси. И у всех есть гармоники высшего порядка, искажающие кривую этой зависимости и очень сильно влияют на точность.

При микропередвижении на длинные дистанции действительные кривые аппроксимируются до синуса.

На графике: пунктирная линия — синус, по которому приблизительно оценивается позиционирование вала, красная линия — действительные характеристики двигателя.

Так же, важно отметить,что любая моментная нагрузка на валу создает так называемые ‘магнитные люфты’, то есть ротор будет перемещаться до того положения, пока нужный момент не будет получен. Судя по графику смещение может достигать 0,2-0,3 радиана, а это 11- 15°.

Формула для вычисления крутящего момента полного шага:

T inc = T hold × sin 90°, где

T hold — момент удержания на полном шаге;

Крутящий момент для N микрошагов:

T inc = T hold × sin ((90×N)/m, где

m- делитель микрошагов

N — число микрошагов, меньшее или равное m. То о чем писал выше,что ротор может не сделать четко полный микрошаг,а недовернуться немного, пока не получит необходимый крутящий момент.

В таблице ниже представлена зависимость между делителем шагов и соотношение момента удержания от крутящего момента.

О чем это говорит?

Что как следствие — если нагрузка на роторе,плюс трение в самом двигателе и тормозящий момент будут больше,чем крутящий момент, то точные микрошаги будут происходить до тех пор, пока суммарный момент не превысит значения нагрузки на роторе, плюс трение в двигателе и момент удержания. Иначе будет пропуск шагов.

В то же время, давая импульс на ногу драйвера совсем необязательно,что двигатель повернется. Если нужно изменить направление вращения,то на некоторое количество микрошагов ротор повернется, прежде чем изменится направление. Поэтому момент вращения должен быть постепенно уменьшен до нуля,что бы изменить направление вращения.

Точность или разрешение.

Шаговый двигатель при повороте преодолевает силу трения качения в подшипниках и это тормозящий момент (в дополнении к другим гармоническим искажениям). И для движения крутящий момент должен быть больше тормозящего. Чаще всего тормозящий момент это от 5% до 20% от момента удержания.

Некоторые компании производят двигатели с уменьшенным шагом,то есть вместо обычных 1,8°, делают 0,9°. Это делается для того,что бы приблизить кривую момент-положение ротора к синусоидальному графику и улучшить линейность графика момент-ток.

Так зачем тогда нужен микрошаг?

Есть несколько доводов почему:

1. Снижение механического шума.

2. Более плавные вращения.

3. Снижение резонансных проблем.

В сумме,микрошаг дает большее разрешение,а улучшение точности невозможно.

Реальный толк от микрошага — сокращение механических и электромагнитных помех. Сокращение резонансных проблем — лучшая синхронизация в системах без обратной связи (наш случай,мы не можем проконтролировать действительно ли вал повернулся на 2 микрошага ,или на 3. Энкодеры,к сожалению- большая редкость на принтерах).

Фактически, бесконечное увеличение микрошагов на полный шаг дадут только безщеточные двигатели с энкодером. В них скорость это функция от частоты в питании двигателей и ротор отстает от вращающегося магнитного поля,до тех пор пока вращающий момент не будет достигнут.

Поэтому использование шаговых двигателей — это только начало в развитии принтеростроения.

А нагрев драйверов DRV8825 или TMC2100 обусловлен постоянной нагрузкой в поиске того положения,где целевой момент будет получен. И это для каждого микрошага. Больше шагов — больше нагрузка, больше нагрев. Ну и увеличивая разрешение,мы теряем в мощности. Думаю,что дискуссия на эту тему будет полезна.

Станки — MicroStep

MG

Многоцелевой раскройный станок, позволяющий интегрировать широкий набор дополнительных принадлежностей.

MSF Pro

Станок MSF представляет собой мощную систему лазерной резки материалов с помощью волоконного лазера или комбинации волоконного лазера и плазмы.

MSF Cut

Станок для резки волоконным лазером MSF Cut предлагает хорошее соотношение цены и качества, сохраняя при этом динамику, присущую лазерным станкам серии MSF от MicroStep. Впечатляет высокой точностью резки при …

MSF Compact

MSF Compact — это мощный, но экономичный станок для резки волоконным лазером, который не ставит под угрозу ни одно из динамических свойств линии MSF. Станок предназначен для производства высокоточных …

MSF Max

MSF Max является гигантом среди решений MicroStep для волоконной лазерной резки. Высокоскоростной станок для 3D-резки предназначен для точной обработки крупногабаритных деталей для различных отраслей промышленности, в т.ч. шипб…

MSF Pipe-T

Станок лазерной резки труб с ручной загрузкой труб предназначен для 2D или 3D резки круглых труб, а также труб прямоугольного и других сечений.

DRM

Станок для специального применения, особенно для сверления больших диаметров, нарезания резьбы и обработки куполов.

DRM Max

Мощный станок с ЧПУ для резки, сверления и фрезерования с ключевыми приложениями в сегментах оффшорных установок, ветряных башен, большегрузных судов, колонн, реакторов и тяжелой техники.

CombiCut

Надежный, высокоточный станок с ЧПУ, разработанный специально для многосменной высокопроизводительной плазменной и газокислородной резки.

MasterCut

Станок, предназначенный для полностью автоматизированной резки, особенно газокислородной резки в сочетании с плазменной резкой.

EasyCut

Долгожданная машина для газокислородной резки

MasterCut Compact

Компактная версия машины для резки с ЧПУ MasterCut.

PL Компактный

Серия PL Compact – отличный старт для плазменной и газокислородной резки

CPCut

CPCut – это линия резки труб и профилей, предназначенная для обработки труб различных диаметров и длин. Модульная конструкция станка и вариативное исполнение позволяют производить широкий спектр …

ProfileCut

ProfileCut – это вариативный станок, предназначенный для производства стальных конструкций. Помимо дополнительных зон для резки труб, прямоугольных профилей и листов, он имеет специальную зону для резки конструкционных пр …

PipeCut

Модульная машина для резки труб и профилей, предназначенная для широкого спектра применений на основе труб, вкл. торцовка, вырезка отверстий под множественные пересечения труб и профилей, подготовка сварочных швов и маркировка труб.

ElbowCut

Станок для резки колена предназначен для различных применений на основе колена, в т.ч. обрезка, стыки отводов и труб, подготовка и разметка сварочных швов.

DS

DS предназначен для высокопроизводительного сверления и резки с возможностью автоматической подачи пластин и автоматической сортировки деталей на выходе.

DS-B

DS-B Предназначен для двустороннего высокопроизводительного сверления и нарезания резьбы в полых профилях квадратного или прямоугольного сечения.

AquaCut

AquaCut — высокоточный раскройный станок с ЧПУ, предназначенный для обработки самых разных материалов, в том числе не подверженных термическим или механическим воздействиям.

Водорез

Станок гидрорезки предназначен для резки металлических и неметаллических материалов водяной балкой высокого давления. Это точная технология с возможностью достижения высокого качества режущей поверхности.

MicroMill

Станки MicroMill предназначены для 3D-фрезерования с ЧПУ мягких металлов, пластмасс и дерева с помощью высокооборотных шпинделей.

MSBend-R

Листогибочные прессы серии MSBend-R отличаются простотой использования, высокой производительностью и точностью. Они обеспечивают высокую точность гибки и повторяемость как минимум в пять раз выше, чем у обычных листогибочных прессов.

MSBend-S

Листогибочные прессы серии MSBend-S предназначены для максимальной производительности и снижения затрат на единицу продукции. Инновации в конструкции, основанные на многолетнем опыте, позволили увеличить скорость на подходе, изгибе, возврате и заднем упоре.

MSBend-E

Листогибочный пресс MSBend-E нового поколения с электрическим сервоприводом представляет собой экологически чистое негидравлическое решение для гибки. Инновационная концепция машины сочетает в себе производительность, точность, гибкость и надежность с большим уважением к экологическим аспектам.

FlexiWeld

Ручные лазерные сварочные аппараты FlexiWeld быстры, просты в освоении и использовании и обеспечивают высококачественные и стабильные результаты для широкого спектра материалов и толщин.