Pull to refresh
12
0
Send message

Вы пишите: "Да, я видел, что в ТЗ стоит 12В, но это ваша задача как исполнителя объяснить, почему это не подходит." Но, допустим, питание не поменять вообще никак, даже мощный повышающий преобразователь поставить нельзя (хм, почему?).
Ответ — Заказчик объяснил, что напряжение не должно превышать 12В из соображений безопасности! Это обязательное требование ТЗ.
Вы пишите: "Если у вас появляется какая-то рука человека с неизвестными характеристиками, и Вы пытаетесь компенсировать это энкодером, то шаговик тут становится лишним. На рынке представлено достаточно двигателей (как синхронных, так и коллекторных) с энкодером на одном валу и редуктором на другом (Faulhaber, Maxon, да хотя бы GYEMS). Тем более 3Н*м это очень небольшое требование. Далее двигатель подключается к готовому блоку управления, который подключается к вашему микроконтроллеру управления объектом и все."
Ответ — Да, данную задачу в разы легче решить с использованием других типов двигателей.
Вы предлагаете использовать двигатель с редуктор. Данная идея была реализованна ранее с использованием коллекторного двигателя и редуктора. Это решение оказалось крайне не удачным. Так как редукторы достаточно быстро выходили из стоя. Редуктор с достаточным допустимым моментом имел большие габариты и стоимость. А у коллекторного двигателя со временем стирались щетки, что требовало дополнительно обслуживания механизма.
Так и появилась у заказчика идея об использовании ШД и значительное упращение механических узлов изделия.
Практически все двигатели асинхронные, коллекторные, BLDC и т.д. с малым количество пар полюсов имеют не подходящие характеристики на низких оборотах.
Поэтому необходимо устанавливать дополнительно редуктор. Также стоит учитывать воздействие руки взрослого (и порой не совсем адекватного) человека, что в свою очередь требует установку достаточно мощного редуктора. Это увеличивает габариты и стоимость.
В дальнейших проектах на других схожих механизмах были использованы BLDC двигатели с большим количеством пар полюсов, чтоо решало большое количество проблем описанных выше.
Так как заказчик очень хотел сделать механизм с ШД, он его получил!
Вы пишите: "Вы собрали почти все грабли, не разобравшись в теории."
Ответ — Смысл перегружать статью теорией расчета, уравнениями обощенных электрических машин, насыщение стали ШД потокосцепления, функциями зависимости токов и индуктивности фазных обмоток зависимости угла разсогласования магнитных осей статора и ротора?
По моему мнению, системы уравнений достаточно сложны и требуют написания отдельной статьи.
Замечания о том, что я не учитываю индуктивность обмоток и их сопротивление безосновательны. Зависимость сопротивления и индуктивности и напряжения учитывается в первую очередь. Это совершенно очевидные характеристики.
Повторюсь, классическое управление шаговым двигателем подразумевает контроль тока, что всегда влечет за собой появление ШУМА!
Основная проблема- это ШУМ ШУМ ШУМ! Специально выделяю это большими буквами!
Если бы моя задача была сделать механизм, движимый ШД, без учета ШУМА, я бы использовал готовую микросхему.
Вы пишите: "Ну а чтобы быть не совсем голословным, проект, реализованный пару лет назад: платформа колесная на рельсах, примерно 21кг весом, управляется с пульта по типу взад/вперед или до заданного расстояния, вес не меняется, внешних воздействий нет, диапазон передвижения около 8м, скорость 0,45 м/с. Для движения выбран шаговик NEMA23H76 на ~1Н*м, готовый драйвер типа step/dir с регулировкой максимального тока до 3А, микрошагом до 16. Управляется с микроконтроллера pic16f887, который рассчитывает ускорения, расстояние торможения, посылает импульсы (до 24кГц), показывает, что происходит оператору на дисплей. При этом время разгона 0,51с с ускорением около 0,87 м/с^2 и усилием 18,3Н.
Ответ- Вы описали классическую задачу. Решить которую можно классическим путем.
На производстве подобные задачи неоднократно решались с помощью готовых блоков управления ШД. А если не требовалось высокоточного позиционирования, то использовались асинхронные двигатели с частотными преобразователями.
А шуме и речи не шло, так как на производстве главное эффективность, цена готового изделия.
Еще раз повторюсь это класссические задачи.
Мне была поставлена НЕстандартная задача, которая и потребовала не стандарных подходов для ее решения.

Чем выше частотa ШИМ, тем будет меньше гармонических искажений «синусоиды» на выходе. Но при этом возрастают тепловые потери на силовых транзисторах, что уменьшает КПД.
Использование DSP  процессоров, а уж тем более FPGA , для решения описанной в статье задачи крайне нецелесообразно. Так как стоимость драйвера значительно вырастает.
В некоторых задачах, связанных с управлением  двигателями, необходимо использовать  FPGA и DSP внешние АЦП . Для описанной в статье задачи хватило и простого контроллера.

Чем выше частотa ШИМ, тем будет меньше гармонических искажений «синусоиды» на выходе. Но при этом возрастают тепловые потери на силовых транзисторах, что уменьшает КПД.
Использование DSP  процессоров, а уж тем более FPGA , для решения описанной в статье задачи крайне нецелесообразно. Так как стоимость драйвера значительно вырастает.
В некоторых задачах, связанных с управлением  двигателями, необходимо использовать  FPGA и DSP внешние АЦП . Для описанной в статье задачи хватило и простого контроллера.

Согласен с Вами, контроллер pic18f2331 на данный момент устарел. Но и драйвер был сделан не вчера. Тем не менее, его характеристики подошли для решения поставленной задачи.
Если бы мне пришлось решать подобную задачу на данный момент, конечно, я выбрал бы другой контроллер. Цель статьи- описать принципы управления ШД. Микроконтроллеры можно использовать разные.

Посмотрев в даташит, каждый имеет возможность убедиться в том, что через транзисторы IRF7836, указанные на схеме, НЕЛЬЗЯ пропускать ток 50А ни в виде ШИМ, ни в виде постоянного тока. Да ещё и без радиаторов!

Вы пишите: "1/256 шага это просто больше, чем дохрена деления для бесшумной работы".
Объясняю повторно:
При увеличении дробления шага на блоках управления до 1/16 шум уменьшился, и плавность хода увеличилась,
но эти улучшения были незначительны.
Дальнейшее повышение дробления вплоть до 1/512 не привело к улучшению показателей.
Я испытывал не только на DRV8711, а ещё на шести разных драйверах управления ШД.


Вы пишите: "У него же есть стабилизатор тока".
Да есть, НО! В конечном варианте драйвера, который я описывал в статье, даже не пришлось вешать радиаторы на транзисторы, так как они практически не грелись.
Я максимально оптимизировал потребление.


Вы пишите: "Запитаться можно от 50 вольт".
Обращаю Ваше внимание на то, что напряжение питания блока управления ограничено двенадцатью вольтами!
Ставить преобразователь с 12В на 50В не целесобразно, так как и 12 вольт достаточно.
И повторюсь, что12В это предельно допустимое значение. ЭТО ТРЕБОВАНИЕ ЗАКАЗЧИКА.


Вы пишите: "Имеет он так же програмное управление током двигателя".
Да, удобная функция и ОДНА ИЗ ПРИЧИН ШУМА!


Вы пишите: "Самое крутое — он может детектировать момент начала пропуска шага — тоесть вы програмно можете знать что двигатель уже начал проскальзывать".


При тестирования модуля на основе DRV8711 активно использовал эту полезную функцию.
НО! заменить абсолютный энкодер эта функция никак не может. Она лишь может дополнить.


Вы пишите:" И Вы можете оперативно нащелкать шагов назад, чтоб не довести до опрокидывания с перещелкиванием механическим."


Предположим, рука, воздействуя на механизм, значительно увеличивает скорость движения ротора, тем самым ротор опережает магнитное поле статора.
Естественно появится сильный шум. Поэтому необходимо подобрать подходящую скорость шагов.
Если при описанном выше воздействии руки уменьшить скорость двигателя, получится самый шумный режим работы, какой только можно получить.
Неоднократно проверял на практике.


Вы пишите: "На этих драйверах с хорошими транзисторами выходят просто турбореактивные принтеры с абсолютно бесшумной работой".
Драйверы на основе DRV8711 действительно хороши. НО! Дело в том, что шум исходит ни только от двигателя, но и от деталей, которые крепятся на валу и к корпусу двигателя.
Примером могут служить проходные калитки определенных компаний, использующие ШД, вал которого соединен с житкосной муфтой, которая гасит вибрации.
Бороться с шумом и вибрациями можно и механическим путем. Конструкция и материалы принтера тоже играют важную роль в формировании шума. Плюс на ШД принтера нет воздействия руки.


Вы пишите: "Возможно Вы юзали готовый модуль с этим драйвером и левым процем, куда индусы код писали, и просто не поняли всей глубины ахрененности данной микросхемы".
Я в комментариях выше уже писал. До того, как сделать драйвер, описанный в статье, было сделано два модуля управления ШД на основе микросхем A4989 и DRV8711.
Из чего ясно, что было сделано два модуля управления ШД на основе микросхем A4989 и DRV8711, СДЕЛАЛИ а не использовали готовы модуль.


Драйверы, которые мы сделали на основе DRV8711 работают в других устройствах уже около 3 лет.
Микросхемы DRV8711 действительно хороши. Они очень гибкие и многофункциональные.


В видео по ссылки, которую Вы скинули, двигатель стоит на столе. Для проверки уровня шума и плавности хода нужно закрепить ШД в конкретной конструкции, а не просто вращать в холостую без нагрузки.
Я изначально все драйверы проверял, подключая двигатели, которые находились на столе. Потом подключал к двигателям в сборе с механизмом.
По уровню шума и плавности хода была колоссальная разница!


Да действительно, частота ШИМ DRV8711 составляет 40кГц, но это решает лишь одну проблемму, проблемму свиста.
P. S. С удовольствием послушаю дельные советы, касающиеся описанного случая в статье. А что является моим делом, и чем мне заниматься, решу самостоятельно!

Готовые микросхемы со ВСТРОЕННЫМИ ключами значительно дешевле, но! как правило, их мощности хватит на управление двигателями током до 2.5А.
В то время как со внешними можно сделать хоть на 100А!

Задача была поставлена: сделать управление именно шаговым двигателем. Это желание заказчика. По поводу BLDC. Использование в подобных механизмах оправдано, особенно  многополюсные BLDC. Такие используются в мотор-колёсах гироскутеров, электровелосипедов и т.д.
Ещё раз повторюсь. До того, как сделать драйвер, описанный в статье, было сделано два модуля управления ШД на основе микросхем A4989 и DRV8711, но получившиеся модули не дали желаемого результата по шуму и плавности хода. Ещё один важный ньюанс — частота ШИМ в модулях значительно меньше 20кГц. Из-за чего при работе двигатели издают сильный свист.
Понятно, что аппаратные АЦП и компораторы значительно быстрее любых программных решений, реализованных на МК. Если задача стоит сделать драйвер под конкретный механизм, можно обойтись без обратной связи. Это усложняет настройку драйвера, но позволяет добиться желаемого результата, что не получается сделать на основе даже таких микросхем как DRV8711.

Насчёт массы я с Вами согласен. Нужно указывать необходимый момент, а не массу. Так как мне не были предоставлены значения момента, я узнавал экспериментальным путем хватит ли мощности двигателя.


Действительно идею об использовании ПИД-регулятора можно использовать для частичного решения проблемы 2 и 3! Решить проблему 4 данным способом уже сложнее.

Вы отметили самое важное, что я хотел донести до читателя! Именно то, что трудно решить подобные задачи с помощью готовых драйверов.

На текущий момент ШИМ-драйверы шаговых двигателей наиболее популярны, практически все драйверы на рынке этого типа. Драйверы, имеющие не ШИМ управление, сильно греются , так как транзисторы работают не в ключевой режиме. ШИМ-драйверы имеют обратную связь по току. Что позволят подавать высокое напряжение. Тем самым получить максимальный момент. На некоторые драйверы можно подавать 220в.
Но шум и плавность хода на низких оборотах  будут значительно сильнее, чем при методе управления описанной в статье.  До того как сделать драйвер, описанный в статье, было сделано два модуля управления ШД на основе микросхем A4989 и DRV8711, но получившиеся модули не дали желаемого результата по шуму и плавность хода. Ещё один важный ньюанс — частота ШИМ в модулях значительно меньше 20кГц. Из-за чего при работе двигатели издают сильный свист.

Что касается готовых микросхем, которые вы описали, это действительно удобное решение.
Готовые микросхемы с встроенными ключами значительно дешевле, но, как правило, их мощности хватит на управление двигателями током до 2.5А.
В статье я писал, что испытывал различные модули управления и добиться хороших показателей по шуму и вибрации с ними не удалось. Дело в том, что готовые драйверы прекрасно контролируют ток, формируют токовую синусоиду, а в моем случае синусоида сформирована напряжением. Что касается микрошагового режима. Я также писал в статье, что при увеличении дробления шага на блоках управления до 1/16 шум уменьшился, и плавность хода увеличилась, но эти улучшения были незначительны. Дальнейшее повышение дробления вплоть до 1/512 не привело к улучшению показателей.
По поводу  микрошагового режима все верно, именно его я описывал. Я старался максимально просто излагать мысли  без лишних формул и терминов .

Information

Rating
Does not participate
Registered
Activity