ทำไมเราต้องมีทางลาดสำหรับสเต็ปเปอร์มอเตอร์


9

ฉันเป็นมือใหม่และพยายามที่จะเข้าใจว่าฉันสามารถใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ได้อย่างไร แนวคิดที่ฉันมีอยู่ในใจก็คือผู้คุมต้องใช้พัลส์ดิจิตอลในการทำงานและฉันก็ลองด้วยเช่นกัน ฉันสามารถเรียกใช้สเต็ปที่ฉันใช้งานได้ง่ายมาก แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันเจอลิงค์ที่พวกเขาใช้ทางลาดเพื่อเริ่มต้นใช้สเต็ปปิ้งโดยอ้างว่า

"ถ้าเราพยายามเริ่มต้นสเต็ปเปอร์มอเตอร์ด้วยพัลส์อย่างรวดเร็วจากนั้นมันจะอยู่ที่นั่นและไม่ต้องหันไปไหนเราต้องสตาร์ทสเต็ปปิดอย่างช้า ๆ และค่อย ๆ เพิ่มความเร็วของขั้นตอน (อาละวาด)" ที่มา: http://www.societyofrobots.com/member_tutorials/book/export/html/314

คำถามของฉันคือว่าทำไมจึงเริ่มใช้สเต็ปเปอร์สี่เหลี่ยมทั่วไป? ทำไมเราต้องใช้ทางลาด ฟอรัมและบทช่วยสอนอื่น ๆ พูดถึงเสมอเกี่ยวกับการจัดหาพัลส์ดิจิตอลไปยัง stepper สำหรับเริ่มต้นทำไมแนวคิดของการสร้างทางลาดไม่ได้กล่าวถึงที่นั่น? เป็นการดีที่จะใช้ stepper กับพัลส์แบบดิจิตอลหรือไม่?


2
ฉันคิดว่าคุณกำลังสับสนกับ "ทางลาด" ที่มีรูปร่าง "คลื่นสี่เหลี่ยม" การควบคุมยังคงเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมเพียงแค่ความเร็ว / อัตราการเปลี่ยนแปลงของขั้นตอนการควบคุมเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นจากศูนย์ถึงขั้นตอนที่ตั้งใจต่อวินาทีหรือความเร็วใดก็ตามที่คุณพยายามจะได้รับ
KyranF

สมมติว่าคลื่นสี่เหลี่ยมของคุณดูเหมือนสัญญาณ 3KHz คุณควรเริ่มต้นด้วยความถี่ต่ำ (หรือเว้นระยะห่างระหว่างพัลส์ที่ยาวกว่า) การเหยียบพื้นคันเร่งรถยนต์จะใช้เวลาประมาณครึ่งวินาทีและอาจสูบยาง (ในเกียร์ต่ำ) หรือใช้เวลาสักครู่เพื่อตอบสนอง (ในเกียร์สูง)
Alan Campbell

ใช่ฉันสร้างความสับสนให้กับพัลส์ขอบคุณสำหรับคำติชม!
alexhilton

คำตอบ:


8

เมื่อตัวควบคุมเหยียบมอเตอร์โรเตอร์จะต้องเคลื่อนที่ไปไกลพอ (มุม) ว่าเมื่อขดลวดถัดไป (หรือคู่คอยล์) ถูกกระตุ้นจะทำให้โรเตอร์หมุนในทิศทางที่ถูกต้อง หากโรเตอร์ไม่เคลื่อนที่ผ่านมุมที่เพียงพอจากนั้นขดลวดจะดึงโรเตอร์ไปด้านหลังและมอเตอร์จะอยู่ตรงนั้นและมีเสียงดัง คุณสามารถดูภาพประกอบและอนิเมชั่นออนไลน์มากมายที่อธิบายวิธีการใช้งานปกติ - ลองนึกภาพถ้าโรเตอร์ขยับได้เพียงเศษเสี้ยวของจำนวนที่ต้องการ

โรเตอร์เพลาและอะไรก็ตามที่เชื่อมต่อกับเพลาล้วนมีความเฉื่อยและมีแรงเสียดทานหลายชนิด

ความเร็วสูงสุดที่สเต็ปสามารถเปลี่ยนเพลานั้นเกี่ยวข้องกับแรงบิดที่มีจากมอเตอร์และแรงบิดที่จำเป็นในการหมุนเพลา (แรงบิดที่มีให้ลดลงเมื่อ RPM เพิ่มขึ้นและแรงบิดที่ต้องการโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นเมื่อ RPM เพิ่มขึ้น) นั่นไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับความเฉื่อย

ในการรับสูงสุด (หรือเศษส่วนบางส่วน) คุณสามารถเร่งความเร็วรอบต่อนาทีอย่างรวดเร็วโดยไม่พลาดขั้นตอน ความเร่งสูงสุดนั้นสัมพันธ์กับความเฉื่อยและแรงบิดส่วนเกินที่ RPM ที่กำหนด หากมอเตอร์กำลังทำทุกอย่างมันก็แค่สามารถติดตาม RPM ปัจจุบันแล้วคุณจะไม่สามารถเร่งความเร็วได้อีกต่อไป หาก RPM ต่ำพอคุณไม่จำเป็นต้องเพิ่มความเร็วคุณสามารถบอกให้ก้าวได้ แต่โดยทั่วไปจะเป็นเพียงเศษเสี้ยวของ RPM ที่มอเตอร์สามารถทำได้ บ่อยครั้งที่ทางลาดเชิงเส้นถูกนำมาใช้เพื่อความเรียบง่าย แต่เส้นโค้งนูนที่มากขึ้นจะเหมาะสมที่สุด

นี่คือเส้นโค้งแรงบิดมอเตอร์จาก Oriental Motor (ผู้ผลิตรายใหญ่ของญี่ปุ่น):

http://www.orientalmotor.com/technology/articles/article-speed-torque-curves-for-step-motors.html

ที่จะคาดการณ์อัตราสูงสุดของการเร่งความเร็วที่คุณต้องรู้แรงบิดและขณะความเฉื่อยของมวล หากคุณเกินอัตราเร่งสูงสุดที่การโหลดที่กำหนดไว้มอเตอร์จะสูญเสียขั้นตอนดังนั้นอัตราความปลอดภัยที่เหมาะสมจึงเป็นความคิดที่ดี


ขอบคุณ Sphero สำหรับคำตอบอย่างละเอียดฉันรู้สึกสับสนกับสองสิ่งที่สำคัญฉันจะพยายามหาทางเลือกความถี่ของขั้นตอนในการสร้างทางลาด!
alexhilton

คุณมีวรรณกรรมบ้างไหม?
Carlton Banks ใน

@CarltonBanks ตรวจสอบลิงค์ด้านบนเพื่อ Oriental Motor
Spehro Pefhany

มันไม่จำเป็นต้องพูดถึงว่าทำไมมันถึงดีกว่า ramping (ถ้าแค่พูดถึงการเลือกเท่าที่ฉันสามารถอ่านได้) ฉันหมายถึงเท่าที่ฉันเข้าใจคน ๆ หนึ่งสามารถไมโครสเต็ปมอเตอร์และไม่ลาดมันความแตกต่างคือแรงบิด เป็นคนที่มีประสิทธิภาพ
Carlton Banks

หากคุณไม่สนใจความเร็วสูงสุดก็ไม่มีเหตุผลที่จะต้องเล่น Ramping ช่วยให้คุณได้รับความเร็วสูงสุดที่สูงขึ้นสำหรับความเฉื่อย + แรงบิดที่กำหนดโดยไม่สูญเสียขั้นตอน
Spehro Pefhany

2

ดูเหมือนว่าคำอธิบายที่คุณได้อ่านแล้วจะพูดถึงความเร็วที่เพิ่มขึ้นหรืออีกนัยหนึ่งคือความถี่ของขั้นตอนต่างๆ พัลส์สำหรับแต่ละขั้นตอนยังคงเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส

เหตุผลก็คือสเต็ปเปอร์มอเตอร์สามารถสร้างแรงบิดได้มาก เมื่อเรามีแรงบิดสูงสุดเกินกว่านี้มอเตอร์จะพลาดไปตามขั้นตอน

นอกจากนี้การเร่งมอเตอร์ยังต้องใช้แรงบิดตามกฎข้อที่สองของนิวตัน : แรงเท่ากับมวลคูณความเร่ง:

F=ม.a

สำหรับระบบการหมุนคำศัพท์จะเปลี่ยนไปเล็กน้อย แต่ส่วนใหญ่จะคล้ายกัน: แรงบิดเท่ากับช่วงเวลาของความเฉื่อยคูณความเร่งเชิงมุม:

τ=ผมα

ผลที่ตามมาก็คือในการเร่งความเร็วมอเตอร์นั้นจะต้องใช้แรงบิดที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นเราต้อง จำกัด การเร่งความเร็วนั่นคือ "เพิ่มความเร็ว" เพื่อ จำกัด แรงบิดที่จำเป็นสำหรับบางสิ่งที่มอเตอร์สามารถสร้างขึ้นได้โดยไม่พลาดขั้นตอน


1

สองปีต่อมา ... ฉันต้องการเพิ่มรายละเอียดเกี่ยวกับความเร็วทั่วไปเทียบกับการสั่นสะเทือน / เสียงรบกวนสำหรับมอเตอร์แบบสเต็ป

เมื่อก้าวช้ามากเช่นหนึ่งต่อวินาทีเพลาจะเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งใหม่แล้วกดปุ่มแล้วเหยียบอีกหลายครั้งจนกระทั่งคงที่ในขั้นตอนนั้น กระบวนการทำซ้ำในแต่ละขั้นตอนใหม่

แรงดันไฟฟ้า / กระแสไฟฟ้าจะต้องเพียงพอสำหรับการโหลดและต้องเลือกขนาดมอเตอร์ให้เหมาะสมกับแรงบิดที่ต้องการ

เมื่อมอเตอร์ไม่ต้องการเคลื่อนที่แรงดันไฟฟ้า / กระแสสามารถลดลงได้ประมาณ 50% ถึง 75% เพื่อรักษาตำแหน่งดังกล่าว ในกรณีที่แรงเสียดทานเหนือกว่าหรือใช้เฟืองบางชนิดมอเตอร์จะถูกทำให้ดีขึ้นอย่างสมบูรณ์ สิ่งนี้คล้ายกับรีเลย์ที่ต้องการตัวอย่างเช่น 12 โวลต์เพื่อเปิดใช้งาน แต่ก็สามารถเปิดใช้งานผู้ติดต่อได้อย่างง่ายดายเพียง 9 โวลต์

เมื่อเพิ่มความเร็วเป็นประมาณ 20 ต่อวินาทีการสั่นสะเทือน / เสียงรบกวนถึงระดับสูงสุด นี่คือความเร็วที่วิศวกรส่วนใหญ่จะพยายามหลีกเลี่ยง

เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นการสั่นสะเทือน / เสียงจะลดลงตามแรงบิดที่ลดลง หากคุณพล็อตสัญญาณรบกวนเทียบกับความถี่รูปร่างจะแสดงทิศทางที่ชัดเจนลงด้วยค่าสูงสุดในท้องถิ่นซึ่งมักจะเกิดที่ความถี่ฮาร์มอนิก

สมมติว่าค่าทั่วไปสูงกว่า 100 ขั้นต่อวินาทีการสั่นสะเทือนนั้นต่ำพอที่จะรับได้และบอกว่าแรงบิดนั้นอ่อนแอเกินไปสำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้สูงกว่า 500 เฮิร์ตซ์

คุณสามารถสตาร์ทมอเตอร์แบบสเต็ปโดยใช้ความถี่ใด ๆ ได้ทันทีโดยไม่ต้องเร่งความเร็วจาก 100 Hz ถึง 500 Hz ในทำนองเดียวกันคุณสามารถหยุดขั้นตอนอย่างกระทันหันโดยไม่คำนึงถึงความถี่ กระแสไฟฟ้าจับเพียงพอสำหรับล็อคมอเตอร์ในขั้นตอนนั้น

การ ramping จำเป็นเมื่อคุณต้องการเกินความถี่สูงสุด จากหมายเลข "ปกติ" ด้านบนคุณอาจพบว่ามอเตอร์ของคุณยังมีแรงบิดเพียงพอเมื่อเร่งเครื่องอย่างช้า ๆ เพื่อทำงานจาก 500 Hz ถึง 700 Hz เคล็ดลับสำหรับการใช้งานที่เชื่อถือได้คือการเริ่มเล่นที่ 400 Hz จากนั้นปล่อยให้เพิ่มขึ้นเป็น 700 Hz เก็บไว้ที่ความเร็วนั้นจนกระทั่งเข้าใกล้ตำแหน่งเป้าหมาย

จากนั้นชะลอตัวลงอย่างราบรื่นจาก 700 Hz ถึง 450 Hz หากตำแหน่งเป้าหมายยังไม่ถึงให้รักษามอเตอร์ด้วยความเร็วนั้น จากนั้น 450 Hz คุณสามารถหยุด ให้มอเตอร์ทำงานด้วยกระแสไฟฟ้าสูงสุด / แรงดันไฟฟ้า 0.1 วินาทีถึง 1 วินาทีเพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือนทั้งหมดสลายไป

สร้างทางลาดเชิงเส้นได้ง่ายขึ้น แต่สิ่งที่ดีที่สุดคือรูปร่าง "S" คุณเริ่มต้นที่ความถี่ที่ปลอดภัยเพิ่มขึ้นอย่างช้า ๆ ในตอนแรกและอัตราการเปลี่ยนแปลงของการเพิ่มความเร็วแบบทวีคูณจนกว่าจะถึงค่าสูงสุด

เมื่อถึงเวลาที่จะชะลอตัวลงอัลกอริธึมเดียวกันก็ใช้ลดความเร็วช้าลงและเปลี่ยนอัตราความเร็วลดลงแบบทวีคูณหยุดลดความเร็วเมื่อถึงความเร็วที่ปลอดภัยซึ่งช่วยให้มอเตอร์หยุดอย่างกระทันหัน

รหัสจริงที่ทำทุกอย่างโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์โมโตโรล่า 68HC05 นั้นใช้เวลาประมาณ 500 ไบต์ (EPROM ภายในมีทั้งหมด 8K และ RAM เป็น 128 ไบต์) มันเขียนในแอสเซมเบลอร์

หากคุณมีฮาร์ดแวร์สำหรับการทำไมโครสเต็ปคุณสามารถเพิกเฉยต่อสิ่งที่กล่าวมาเกี่ยวกับเสียงและการสั่นสะเทือนได้ คุณยังคงต้องการการเร่งความเร็วของรูปร่าง "S" ถ้าคุณต้องการที่จะเกินความเร็วสูงสุดปกติ แต่เนื่องจากไม่มีการสั่นสะเทือนไม่ว่าความเร็วจะเป็นเท่าใดคุณสามารถปล่อยให้การลดความเร็วลดลงตามที่คุณต้องการ

บทเรียนที่เรียนรู้จากไดรฟ์คลื่นสี่เหลี่ยมยังคงถือผ่าน สำหรับวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการไปถึงจุดหมายปลายทางคุณต้องการให้การลดความเร็วในการนั่งที่ความถี่ต่ำกว่าจุดที่แรงบิดมอเตอร์เพียงพอสำหรับการหยุดและเริ่มต้นอย่างกระทันหัน

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.