#24. CNC 1419 - Зависит ли тяга от микрошагов? Выводим микрошаги на чистую воду.
Вставка
- Опубліковано 27 жов 2021
- В этом видео с помощью измерений я пытаюсь определить меняется ли тяга шагового двигателя NEMA17 от изменения микрошагов на драйвере TB6600. А так-же посмотрю как меняется тяга в зависимости от скоростей и ускорений. И земерю тягу родного шановика, который остался на оси Z.
- Навчання та стиль
Очень классно, что Вы тестируете узлы китайских ЧПУ и делаете выводы.
Применительно данного ролика. Есть фундаментальные вещи относительно шаговых двигателей. И тут как бы си ними всегда компромисс. Они дают предсказуемый угол на единичный целый импульс и относительно несложную схему управления. На этом все ништяки заканчиваются. Дискретное шагание с дребезгом в мертвой точке, резонансы, уменьшение момента с ростом скорости. Ну с этим борются как механически так и при помощи допила системы управления- делаем микрошаг. Ну наверное понятно, что дробится шаг током- естественно ожидать, что при этом момент будет плавать. Поэтому единственный разумный выход- брать заведомо бОльшие двигатели с запасом по моменту в несколько раз. Брать все двигатели из одной партии. После этого мерять индуктивности, сопротивления обмоток, и согласно этим параметрам тонко настраивать драйвера, выбирать напряжение питания двигателей и пр. Катать их под нагрузкой и только после этого собирать в станок.
Вся эта "китайская" конструкция просто соткана из слабых мест и компромиссов (компоновка, механика, материалы корпуса, двигатели, драйвера, сборка, прошивка GRBL, софт ). Но по итогу- это уникальная возможность получить за "копейки" станок который при умелом владении просто будет делать нужные вещи.
Спасибо за комментарий. Компромиссов здесь хватает))
Здравствуйте, использую DM556D с мотором 86HS78-5504A14-B13 максимальный ток удержания не превышает 1A, (sw1- on sw2- on sw3- on) sw4- on при напряжении 24V. максимальный ток при работе двигателя так же не превышает 1A, использую источник питания HY3010E. Если напряжение установить на 12В ток удержания и работы под нагрузкой повышается в 2 раза до 2А. Как повысить ток работы/удержания до 4А при 24V ?
Может редукторы использовать?
Осталось замерить ток при максимально нагрузке и при фрезеровании алюминия ,и таки ответить на вопрос - так ли нужны мощные моторы.
покажи пожалуйста как выставить ток на драйверах откуда брать минус с платы !?
По z добавьте вес всей механики к 12-13 кг усилия, и получится реальная тяга.
Звучит логично. Там правда не более 2-х кг наберется, но тем не менее.
Большинство шаговых мотором имеют кривую момента ровной полкой до частоты вращения 200об/мин. далее идет резкий спад.
Это зависит возможно от напряжения, ИМХО если на драйверы дать 200В то момент сохранится до 2000 об/мин, хотя железо будет сильно греться.
@@sergeymishchenko9596 Никто не ограничивает, просто есть номинальные характеристики мотора, запас прочности заложен в мотор колоссальный, вот только это режим явно не S1.
Внимание! Данный эксперимент показывает не совсем то, что я хотел измерить! Я изучу этот вопрос и проведу работу над ошибками.
Как я понял, на данный момент, ротор в позициях микрошагов (между полюсами обмоток) имеет значительно меньший момент. Таким образом при вращения в разных положениях он имеет разный момент и я мерил грубо говоря некое среднее значение.
глюки это печально
при вращении момент может быть и тот-же, но вот удержание хуже. то есть если у вас надо профрезеровать в одном направлении при зафиксированной одной оси (например вдоль у) при этом драйвер будет пытается держать двигатель в одном положении. так вот в промежуточных положениях усилие на небольшой сдвиг меньше и рез получится немного кривее. микроны но в некоторых случаях заметно.
ну и еще не забывать что ардуинка довольно медленная плата и если выбрать слишком большое дробление ей придётся генерировать слишком много управляющих импульсов в секунду и она банально не справится и это ограничит максимальную скорость. если уж так сильно переделываете електронную часть и внешние драйвера есть смысл перейти на stm32 плату, есть портированная прошивка grbl на 4-6 осей.
@@user-sg6mu4lm3b О, хорошо, что Вы тут появились)) Спасибо за комментарии. Я начал изучать вопрос с микрошагами. И там оказывается не все так просто. В том числе и с удержанием и точностью. И очень интересно. Оказывается я многого не знал, хотя уже давно и не раз касался этой темы.
Ардуинка к стати, меня вполне радует и со всем справляется.
@@user-sg6mu4lm3b По поводу шаговых двигателей. Я ставил те, что у меня уже давно были. Использую stepperonline. На 0.55 Н*м с током 1.8 вроде у них нет. А не датите ссылку на такой моторчик от хорошего производителя?
@@user-sg6mu4lm3b Откуда информация про худшее удержание? При микрошагах уменьшается крутящий момент или сила заставляющая провернуть ротор. Но этот момент инкрементальный и при следующих микрошагах накапливается вплоть до полного шага. Из-за этого при микрошагах могут быть неравномерные микрошаги. То только после 3-го микрошага перемещение, то после 2-го.
@@proplab гдето читал. драйвер не знает что делает двигатель, он только дает напряжение на обмотки и следит чтоб ток не превысил допустимый. удержание это статика, и в нем нет следующих шагов как при вращении. в промежуточном положении двигатель находится в менее устойчивом положении чем в положении полного шага. при полном шаге весь ток и вся сила притяжения идет через одну обмотку, и при отклонении под внешней силой момент возврата максимальный, и усилие которое надо для проворота на шаг максимальное. плюс при полном шаге зазор между железом статора и ротора минимальный, что дает максимальное усилие. то есть даже если в дробном шаге магнитное поле по силе будет такое же (но это только при суммарном токе выше чем в полном шаге) воздействие на ротор будет меньше.
ну и без тока сам мотор стремится в положения целого шага, что дает постепенное смещение при отключении драйверов, если они закончили поворот в дробном шаге.
Единственный подобный эксперемент который я видел, показал на микрошаге 1/2 есть увеличение мощности по сравнению с полным шагом, а на всех остальных микрошагах был уже значительно ниже. Человек объяснил это тем что при 1/2 якорь держится сразу двумя обмотками.
Если в полном шаге задействована только одна обмотка, а на 1/2 то одна, то две, то в эти моменты мощность в корень из двух больше. Но есть режим полного шага, когда всегда по 2 обмотки, при этом полные шаги всегда посередине обмоток. И это именно полный шаг и при этом максимально возможная мощность. А еще для 1/2 шага, в данном драйвере есть второй вариант, когда в моменты включения обоих обмоток ток подается не полный, чтобы мощность оставалась одинаковой.
@@proplab Вот представте увеличенный мотор. Вы сейчас держите одно ребро мотора. И вам надо сделать 1 полный шаг: в этом случае вы подтягиваете магнитом следующее ребро которое в метре от вас. А теперь представьте что вы делаете пол шага: Да, вы тянете следующее ребро двумя магнитами с силой корень из двух. Но что происходит потом? Потом вы тянете опять одним магнитом, но... Но вы тянете его не с расстояния метр, а с расстояния ПОЛОВИНА метра! Ведь вы уже притащили на повышенной мощности пол шага. И теперь вам надо подтянуть с 2 раза более близкого расстояния, а тут у нас формула квадрата расстояний. Так что в отличии от целошаговых движений, тут каждый полушаг имеет повышенную мощность (в одном случае за счёт электричества, во втором за счет более короткого расстояния притяжения).
@@user-rd3lj4gn4s Тут расстояния не такие большие и даже очень маленькие и их можно не учитывать, а учитывать только суммарную силу магнитов. При полушагах когда полюс ротора находится между катушками A и B с максимальным током, то между ними максимальное магнитное поле 140%. Для перемещения на полшага дальше, нужно отключить ток с катушки A и оставить только на катушке B. При этом полюс ротора повернется из положения между A и B в положение к катушке B на пол шага, с общим усилием одной катушки (100%), что на 1.4 меньше чем было до этого, когда были включены две катушки. Для следующего полу шага нужно кроме катушки B подключить еще и катушку C и при этом эти пол шага будут опять с повышенной тягой в 1.4 раза. Таким образом полушаги делаются с переменной силой - то 100% то 140%.
В режиме полного шага сначала включены две катушки A и B с силой 140%, для полного шага далее A выключается, а включается катушка C. То есть опять включены две катушки B и C с силой 140%. И так на каждом шаге всегда сила 140%. При этом конечно ротор каждый раз в 2 раза дальше от следующей точки притягивания по сравнению с полушагами. Но в абсолютном значении эти расстояния так малы, что практически не влияют. Поэтому в таком режиме в полном шаге тяга сильнее
@@proplab сколь малым расстояние не было бы, физику не обмануть и квадрат расстояния остаётся (если мы не говорим о субматомном уровне). Важно ведь не НА сколько, а ВО сколько раз сократилась растояние. Метр или миллиметр - не важно, там почти двукратное сокращение расстояния. Я не буду сейчас тратить время на нахождение того эксперимента в ютьюбе, который показывал человек (там к мотору привязывалась верёвка и она тянула весы), но там выставляя шаг 1/2 на ардуиновском шилде тяга увеличивалась по сравнению с обычным шагом, а при всех остальных тяга падала.
@@user-rd3lj4gn4s Лучше точнее разбираться. В том эксперименте скорее всего не самый сильный режим полного шага включался. А в данном случае длина микро-шага влияет но с точностью до наоборот. Чем меньше микро-шаг, тем значительно слабее сила для поворота ротора, хотя сила удержания такая-же. И тут даже конструкция не совсем такая как мы представляем, что полюс ротора вращаясь перемещается между полюсами обмоток. Здесь у ротора вся верхняя часть, все его зубчики имеют один полюс, который расположен между двумя разными полюсами катушки, которые тоже в виде нескольких зубчиков. И ротор вынужден поворачиваться так, чтобы его зубчики встали напротив зубчиков противоположного полюса катушки и с другой стороны между зубчиками катушки с таким-же полюсом. Объяснять сложно, это нужно видео с разъяснением смотреть.
Проблема микро шага не в нем и не в драйверах из Китая, они впаивают прекрасные микросхемы которые сделали не они. В широко распространенном мнении, чем меньше шаг установим тем точнее будет станок. Вроде как логично!
Есть шаг и есть частота с которой этот шаг делается. Допустим подача 1000мм/мин и расстояние 100мм, станок на любом шаге прекрасно с этим справится.. разница будет только в частоте шагов. Это не значит что микро бесполезен, например винт на полных шагах не доведет или проскочит целевую точку. Тут и используют микро шаг(как микрометрический винт) для точного позиционирования. И управлять этим должен GRBL, но не умеет.
В документации к микросхемам указано почему перегрев, пропуски и прочее. По сути перемычки это приказ драйверу покончить с собой и тот самозабвенно этим занимается. Кроме этого GRBL имеет порог в 30 кГц которые делит между осями.
Угу, а есть ещё и частота внутреннего ШИМ в драйвере. И надо понимать как соотноситься N кГц GRBL и Y кГц внутренней частоты ШИМ драйвера. Поэтому в идеале покупать настроенную пару драйвер+Шаговый где производитель уже всё более менее для тебя настроил. :-)
"И управлять этим должен GRBL, но не умеет." считаю это утверждение неверным и как минимум не понятным. GRBL отличная прошивка для контроллера с такими ограничениями. Да, контроллер медленный и grbl имеет порог в 30 кГц, чего вполне достаточно для хоббийных станков. Со своей задачей управлять драйвером выдавая тики шагов с равными интервалами она вполне справляется. Возможно ближе к верхнему порогу в 30 кГц могут быть неравномерности, но на такие скорости там где ставят grbl особо не используются. А есть варианты grbl и на более быстрых контроллерах (сам особо не интересовался). И про микрошаги управляющие драйвером программы ничего не знают. Им задают сколько шагов на мм, исходя их этих расчетов они и 'тикают'
Хватит всë "микрошагом" звать xD
Полношаговый режим даëт максимальную тягу, причем при биполярном подключении ощутимо больше, чем в униполярном. Полный шаг - запитывается одна обмотка, 4 шага на цикл.
Полушаговый режим - 8 шагов на цикл, на каждый шаг используются уже две обмотки. Мощность падает обычно сразу процентов на 20 минимум в связи с тем, что ротор зависает между полюсами в середине, удерживающее магнитное поле в результате значительно ниже.
Микрошаг - деление количества шагов на 4 и более. Снижение мощности относительно полушага меньше, чем шага-полушага. Дальнейшее деление шагов снижение мощности тоже даëт, но ещë менее заметное.
Зачем микрошаг? В первую очередь, выше точность, во вторую - меньше шум от перемещений за счет меньшей дискретности перемещения. Однако, мощность ниже, требуется более высокая частота импульсов для достижения высоких скоростей перемещения.
Смысл. Подобрать компромиссное решение между требуемыми мощностью, точностью и скоростью перемещений.
Есть ещë вариант комбинировать шаг-полушаг в зависимости от режима работы станка. Актуально при больших размерах рабочего поля.
Я какое-то время изучал эту тему. И Вы меня извините, но часть Ваших утверждений не верна. Полношаговых режимов два. Однофазный и двухфазный. В однофазном используется только одна фаза и 4 шага. При этом, скажем так, 100% мощности. Двухфазный полношаговый режим, когда всегда используется 2 фазы. При этом так-же 4 шага, но ротор встает всегда в положениях между полюсов. При этом суммарное магнитное поле в корень из 2-х раз больше и получается максимальная мощность в 140%. В драйверах обычно именно этот режим используется.
Полушаговых тоже два режима. Простой, это когда попеременно подается 100% тока то на одну катушку, то на другую. При этом мощность переменная то 100%, то 140%. А второй режим, это когда драйвер на две катушки подает не по 100% тока, а меньше, так, чтобы суммарное магнитное поле было не 140, а 100%. То есть, чтобы всегда мощность была постоянна.
Тоже самое и при микрошагах. Там драйвер всегда на две катушки дает такое значение тока, чтобы на каждом шаге суммарно была одинаковая мощность и она равна 100% или мощности одной катушки. Таким образом в микрошаговых режимах мощность меньше, но не из-за того, что ротор становится между полюсами, а потому, что драйвер дает меньше тока на пару катушек.
Мало того, можно утверждать, что максимальную тягу можно получить только в положениях посередине между полюсов, так как при этом задействованы две катушки. А в положениях напротив полюсов одна. Ну либо в таком случае на одну катушку нужно было бы давать не все 100% тока, а превышать до 140%
И по поводу точности микрошага. Фактически она не увеличивается. Теоретически должна и даже в некоторых пределах она больше. Но проблема в том, что чем меньше микрошаг, тем момент необходимый для поворота ротора сильно меньше. Удерживающий момент постоянный, например те-же 30кг, но при этом момента для поворота на маленький угол (микрошаг) может не хватить. То есть можно дать команду сделать микрошаг, а ротор не повернется, может и на второй не повернуться и только на третий повернется, да и то может не до конца, а может и перелететь. И еще производители указывают точность позиционирования в процентах от полного шага и обычно это 5%. Одна двадцатая величины шага. Поэтому больше 8-10 микрошага обычно не используют.
Большие мальчики большие игрушки
много лишнего про чемоданы и весы
Очень много лишней болтовни
И опять пропадают комментарии! Мне пришло письмо, в котором Андрей Титоренко пояснил мне, в чём я не прав. Но здесь почему-то нет его сообщения.
Вот оно:
Андрей Титоренко
опыт интересный, но он не совсем меряет то :) по сути вы померяли тягу на месте с постоянными пропусками. потому нет разницы ни от скорости ни от ускорения. вот график тяги шаговиков darxton.ru/upload/medialibrary/c16/incductanve_torque.jpg чтоб померять усилие на скорости надо вторую каретку на которой крепить безмен и чтоб она двигалась с той же скоростью что и портал постепенно приторамаживая до момента появления пропусков, усили в этот момент и будет тягой на этой скорости. но это надо тестовый стенд, не так все просто я просто к тому чтоб правильно понимать полученные результаты опять же есть нюансы в реальном применении. например про дробление шага. четко фиксированные положения получаются только в позиции целого шага, все промежуточные могут быть легко сдвинуты при внешней силе, то есть на увеличение точности фрезеровки не сильно подходят. а вот плавность движения сильно меняют. к примеру у меня станок при шаге и 1/2шаге слишком рвано двигается и слишком много мошности уходит на эти рывки, тогда как при 1/4 1/8 намного плавнее и в результате скорости и тяга выше и ускорения у вас великоваты, имхо. оно замечательно когда вхолостую гоняеш, но при работе это может сказатся пропуском шагов. 50-75 вполне рабочие. тем более на таком мелком рабочем поле. кстати сейчас появились нема17 на 0,9Н*м, ну и 0,55Н*м есть давно и недорого но ток 1,8А.
Могу добавить 1. особый стенд не нужен. Самое простое дать мотору крутить вал на который наматываеться верёвка с грузом. По максимальному грузу будет понятно, какое усилие развивает мотор на этой скорости (разгонять надо плавно).
2. про микрошаги. Тоже примерно правильно. Смотрите. Допустим вариант 1: драйвер удерживает позицию на 123 шаге и еще 3/16 от шага (в режиме 1/16 шагах). вариант 2: драйвер удерживает на шаге 100. В варианте 1 сдвинуть на позицию 122+3/16 или 124+3/16 надо приложить те-же замеренные 22-23кг точно так-же сместить вариант 2 на 1 шаг это 22-23кг. А вот чтобы сместить на 1/16 шага (т.е. на угол равный 1оборот/200шагов/16 ~ 0,1125 градуса) в обоих случаях надо одинаковое усилие, примерно. Чтобы проще понять, представьте постоянный магнит на рельсе и паралельно зафиксированные несколько магнитов с чередующимися полюсами. Сдвинуть магнит с одной позиции на ту, что рядом сложно, но пошевелить его на 1/16 намного легче.
@@AntonJaki За совет с грузом и веревкой спасибо. Я его реализовал и был в полном восторге. В основном от процесса, так как даже 22 кг оказалось большим грузом и проделать эксперимент было не просто ))
Про то, что легко пошевелить на 1/16, я не нашел подтверждения. Скорее наоборот при попытке сделать один микрошаг на 1/16 ротор может не повернуться, так как при это возникающий крутящий момент маленький (намного меньше полного шага) и возможно меньше сил трения. И только после второго или третьего микрошага этот крутящий момент увеличится на столько, что преодолеет силы трения и произойдет перемещение на эти 3 шага (плюс-минус)
Про "четко фиксированные положения получаются только в позиции целого шага, , все промежуточные могут быть легко сдвинуты при внешней силе," тоже нигде не нашел подтверждения. Есть общая фраза, что если внешняя сила больше силы удержнания, то можно сдвинуть. Но это и так логично и относится к любой позиции, хот в позиции микрошага, хоть в полном шаге. Это подтверждает и то, что в режиме полушага, когда на обе катушки подается по 100% тока, то в позиции полушага момент будет на 41% больше, чем в позиции полного шага с одной катушкой. Собственно такой режим полного шага и реализован по крайней мере в данных драйверах. Т.е. позиции полного шага располагаются в положения посередине между катушек.
@@proplab Перечитал своё описание. Похоже я не очень понятно выразился... чу-чуть переформулирую: "А вот чтобы сместить на 1/16 шага (т.е. на угол равный 1оборот/200шагов/16 ~ 0,1125 градуса) в обоих случаях надо одинаковое МАЛОЕ усилие, примерно."... Так что это подтверждается вашими экспериментами. Про трение вы правильно написали. По идее здесь силы работают в одном измерении (плоскость против плоскости, как у формулы зазора сердечника электро-магнита) и усилие пропорционально расстоянию т.е. если максимальное усилие 22-23кг, тогда для микрошага в 1/16 будет только ~1.4кг . Иными словами НЕ важно как вы работаете - c 1/16 микро-шагом или с полным. В любом случае для сдвига на 0,1125 градуса нужно 1.4кг (без учёта трения). Проверить это можно так: установите на вал шаговика диск большого диаметра с веревкой и стрелочкой фиксируйте угол. Прицепив к веревке соотв. груз вы наверняка сможете это подтвердить. Прикинул, что с радиусом в 20см 0,1125гр это ~0.4мм, что вполне можно заметить.
@@AntonJaki С такой формулировкой согласен. Сам к такому выводу пришел. Про подобный эксперимент тоже подумал, но пока нет такого желания. То что я хотел узнать, я вроде как узнал.