Tại sao chúng ta cần một đoạn đường nối cho động cơ bước?

Tôi là một người mới và cố gắng hiểu làm thế nào tôi có thể chạy một động cơ bước. Khái niệm tôi có trong đầu là các bước cần các xung kỹ thuật số để chạy và tôi cũng đã thử nó. Tôi đã có thể chạy stepper tôi đang sử dụng rất dễ dàng. Nhưng gần đây tôi đã bắt gặp một liên kết nơi họ đã sử dụng một đoạn đường nối để bắt đầu một bước biện minh cho nó bằng cách nói rằng

"Nếu chúng ta cố gắng khởi động động cơ bước với các xung nhanh thì nó chỉ ngồi đó và không quay đi, chúng ta cần khởi động bước chậm dần và tăng dần tốc độ của các bước (tăng tốc)." Nguồn: http://www.societyofrobots.com/member_tutorials/book/export/html/314

Câu hỏi của tôi là tại sao các bước sau đó bắt đầu với các xung vuông thông thường? Tại sao chúng ta cần một đoạn đường nối? Tất cả các diễn đàn và hướng dẫn khác luôn nói về việc cung cấp xung kỹ thuật số cho bước để khởi động nó, tại sao khái niệm tạo đường nối không được thảo luận ở đó? Có phải là một thực hành xấu để chạy stepper với xung kỹ thuật số?

Khi bộ điều khiển bước động cơ, rôto phải di chuyển đủ xa (góc) để khi cuộn dây tiếp theo (hoặc cặp cuộn dây) được cấp năng lượng, nó sẽ kéo rôto đi đúng hướng. Nếu rôto không di chuyển qua đủ góc, thì các cuộn dây sẽ kéo rôto về phía sau và động cơ chỉ ngồi đó và kêu. Bạn có thể tìm thấy nhiều hình ảnh minh họa và hình ảnh động trực tuyến giải thích cách hoạt động bình thường - hãy tưởng tượng nếu rôto chỉ di chuyển một phần của số lượng dự định.

Rôto, trục và bất cứ thứ gì được kết nối với trục đều có quán tính và có ma sát các loại.

Tốc độ tối đa mà bước có thể quay trục có liên quan đến mô-men xoắn có sẵn từ động cơ và mô-men xoắn cần thiết để quay trục (mô-men xoắn có sẵn giảm khi RPM tăng, và mô-men xoắn yêu cầu thường tăng khi RPM tăng). Điều đó không liên quan trực tiếp đến quán tính.

Để thực sự đạt đến mức tối đa (hoặc một số phần của chúng), bạn chỉ có thể tăng tốc RPM nhanh như vậy mà không bỏ lỡ các bước. Gia tốc tối đa có liên quan đến quán tính và mô-men xoắn dư thừa có sẵn tại một RPM nhất định. Nếu động cơ đang làm tất cả những gì có thể chỉ để theo kịp RPM hiện tại thì bạn không còn có thể tăng tốc nữa. Nếu RPM đủ thấp, bạn không cần phải tăng tốc, bạn có thể chỉ cần bảo nó bước, nhưng đó thường chỉ là một phần của RPM mà động cơ có khả năng. Thông thường các đường dốc tuyến tính được sử dụng để đơn giản, nhưng đường cong lồi hơn sẽ là tối ưu.

Dưới đây là đường cong mô-men xoắn của Oriental Motor (một nhà sản xuất lớn của Nhật Bản):

Để dự đoán tốc độ gia tốc tối đa, bạn cần biết mô-men xoắn và mômen quán tính . Nếu bạn vượt quá tốc độ tăng tốc tối đa ở một lần tải nhất định thì động cơ sẽ mất các bước, do đó, mức an toàn hợp lý là một ý tưởng tốt.

Nghe có vẻ như mô tả bạn đã đọc đang nói về việc tăng tốc độ , nói cách khác, tần suất của các bước. Các xung cho mỗi bước vẫn là hình vuông.

Lý do là một động cơ bước chỉ có thể tạo ra rất nhiều mô-men xoắn. Khi chúng ta vượt quá mô-men xoắn cực đại này, động cơ sẽ bỏ lỡ các bước.

Hơn nữa, việc tăng tốc động cơ đòi hỏi mô-men xoắn theo định luật chuyển động thứ hai của Newton : lực bằng với gia tốc khối lượng lần:

Đối với một hệ thống quay, các thuật ngữ thay đổi một chút, nhưng chúng chủ yếu là tương tự nhau: mô-men xoắn bằng thời điểm quán tính nhân với gia tốc góc:

Hậu quả là để tăng tốc ngay lập tức động cơ sẽ cần mô-men xoắn vô hạn, điều này là không thể. Do đó, chúng ta phải hạn chế gia tốc, nghĩa là "tăng tốc" tốc độ, để hạn chế mô-men xoắn cần thiết cho một thứ mà động cơ có thể tạo ra mà không bỏ lỡ các bước.

Hai năm sau ... Tôi muốn thêm một số chi tiết về tốc độ điển hình so với độ rung / tiếng ồn cho bất kỳ động cơ bước nào.

Khi bước rất chậm, giống như một giây mỗi giây, trục sẽ di chuyển đến vị trí mới và vượt quá nhiều lần cho đến khi nó ổn định trên bước đó. Quá trình lặp lại trên mỗi bước mới.

Điện áp / dòng điện phải đủ cho tải và kích thước động cơ cần được chọn để phù hợp với mô-men xoắn cần thiết.

Một khi động cơ không cần phải di chuyển, điện áp / dòng điện có thể giảm khoảng 50% đến 75% để duy trì vị trí đó. Trong trường hợp ma sát chiếm ưu thế, hoặc sử dụng một số loại thiết bị, động cơ có thể được khử hoàn toàn. Điều này tương tự với các rơle cần ví dụ 12 volt để kích hoạt, nhưng sau đó dễ dàng giữ cho tiếp điểm được kích hoạt chỉ với 9 volt.

Khi tăng tốc độ lên khoảng 20 mỗi giây, độ rung / tiếng ồn đạt đến mức tối đa. Đây là một tốc độ mà hầu hết các kỹ sư sẽ cố gắng tránh.

Khi tốc độ được tăng lên, độ rung / tiếng ồn giảm, bởi mô-men xoắn cũng giảm. Nếu bạn vẽ tạp âm so với tần số, hình dạng sẽ hiển thị hướng xuống rõ ràng với một số cực đại cục bộ, thường ở tần số hài.

Giả sử rằng giá trị điển hình trên 100 bước mỗi giây, độ rung đủ thấp để có thể chịu được và giả sử rằng mô-men xoắn trở nên quá yếu để vận hành đáng tin cậy trên 500 hertz.

Bạn có thể khởi động động cơ bước bằng cách sử dụng bất kỳ tần số nào trong số này ngay lập tức mà không cần tăng tốc độ từ 100 Hz đến 500 Hz. Tương tự, bạn có thể dừng đột ngột các bước, bất kể tần số. Dòng giữ là đủ để khóa động cơ ở bước đó.

Việc gia tăng là cần thiết khi bạn muốn vượt quá tần số tối đa. Với con số "điển hình" ở trên, bạn có thể thấy rằng động cơ của bạn vẫn có đủ mô-men xoắn, khi tăng tốc nhanh, để hoạt động từ 500 Hz đến 700 Hz. Mẹo cho một hoạt động đáng tin cậy là bắt đầu đoạn đường nối ở đâu đó như 400 Hz, sau đó để nó tăng lên đến 700 Hz. Giữ nó ở tốc độ đó cho đến khi tiếp cận vị trí mục tiêu.

Sau đó, giảm tốc mượt mà từ 700 Hz xuống 450 Hz. Nếu vị trí mục tiêu vẫn không đạt được, giữ cho động cơ ở tốc độ đó. Sau đó, từ 450 Hz, bạn có thể dừng lại. Giữ cho động cơ hoạt động ở dòng điện / điện áp tối đa trong 0,1 giây đến 1 giây để đảm bảo tất cả các nguồn rung đều tiêu tan.

Đường nối tuyến tính dễ dàng hơn để tạo ra. Nhưng tối ưu là hình chữ "S". Bạn bắt đầu ở tần số an toàn, lúc đầu tăng chậm và thay đổi tốc độ tăng tốc độ theo cấp số nhân cho đến khi đạt mức tối đa.

Khi đến lúc phải giảm tốc, áp dụng thuật toán tương tự, giảm tốc độ chậm và thay đổi theo cấp số nhân tốc độ giảm tốc độ, ngừng giảm tốc độ khi đạt tốc độ an toàn, cho phép dừng động cơ đột ngột.

Mã thực tế làm tất cả những điều đó, sử dụng bộ vi điều khiển motorola 68HC05, đã chiếm khoảng 500 byte (EPROM bên trong có tổng số 8K và RAM là 128 byte). Nó được viết bằng trình biên dịch.

Nếu bạn có phần cứng cho bước siêu nhỏ, thì bạn có thể bỏ qua tất cả các đề cập về tiếng ồn và độ rung. Bạn vẫn cần tăng tốc hình chữ "S" nếu bạn muốn vượt quá tốc độ tối đa thông thường. Nhưng vì không có rung động bất kể tốc độ, bạn có thể để tốc độ giảm xuống thấp như bạn muốn.

Các bài học rút ra từ các ổ sóng vuông vẫn giữ thông qua. Đó là, để cách hiệu quả nhất để đến đích, bạn muốn giảm tốc ngồi ở tần số ngay dưới điểm mà mô-men xoắn động cơ đủ để dừng và khởi động đột ngột.