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Thema: Schrittmotor als Stellglied im Regelkreis geeignet?

  1. #1

    Schrittmotor als Stellglied im Regelkreis geeignet?

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    Hallo zusammen,

    ich plane den Bau einer Regelung zur Abwicklung eines Bandes von einer Vorratsspule. Das Besondere ist, dass dabei die Bandspannung innerhalb eines Toleranzbereichs gehalten werden soll. Ein Sensor misst also die Bandspannung, ein Motor an der Vorratsspule soll diese vorwärts/rückwärts drehen oder ggf. bremsen, um die Bandspannung konstant zu halten. Jetzt bin ich an dem Punkt angelangt, an dem es um die Auswahl des geeigneten Motors geht.

    Da ich zum Thema Motoren leider totaler Anfänger bin, habe ich mich im Artikelbereich schon durch diverse (gute und umfangreiche) Berichte gelesen. Ich bin jetzt zu dem Schluss gekommen, dass ein Schrittmotor aufgrund der Stellgenauigkeit gut geeignet erscheint. Hier kurz ein paar Parameter zu meinem Aufbau:

    • - Masse Vorratsspule mit Material: 1 bis 1,5 kg
      - Abwicklungsgeschwindigkeit: 6m/min (später evtl. max 10m/m)
      - Bandspannung: ca. 3 bis 5 N

    Die Frage ist nun, ob ein Schrittmotor für diese Anwendung überhaupt geeignet ist. Irgendwie stelle ich mir z.B. vor, dass es zu Schrittverlusten kommen kann, wenn der Motor der Regelung aufgrund der Trägheit hinterher hinkt. Wenn der Regelkreis richtig dimensioniert ist, sollte es doch eigentlich nicht dazu kommen, oder? Ich habe leider wirklich keine Ahnung wie schnell sich ein Schrittmotor (oder normaler Gleichstrommotor ) regeln lässt, der Regelkreis existiert bisher auch nur auf dem Papier.

    Vielleicht hat hier ja schon jemand Erfahrung mit Schrittmotoren in Regelkreisen mit langsamen bis mittleren Geschwindigkeiten. Ich bin für jede Anregung und Kritik dankbar!

    Da dies meine erster Post hier im Forum ist, möchte ich auch noch mal sagen, dass ich von der Organisation und dem Informationsgehalt des Forums und der Artikel wirklich beeindruckt bin. Bisher habe ich ja nur recherchiert/mitgelesen, ich freu mich, jetzt auch mal aktiv dabei zu sein

    Schönen Gruß, Jake

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte Avatar von Virus
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    willkommen im Forum,

    was hält den dagegen?
    auf der einenseite der Schritmotor an der rolle aud auf der anderen seite?
    Mit hochohmigen Grüßen
    Virus

    Es lebe der Digitalkäse !

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Da fehlt noch jede Menge Info von Dir! Was wird abgerollt,
    also Masse wie Stahlband oder Papier? Wie Groß/Durmesser,
    ist die Rolle und welches Drehmoment braucht eine Volle b.z.w.
    eine eher leere Rolle. Mit den Angaben könnte man dann die
    nötige Max/min Schrittfrequenz so wie deren Drehmoment ermitteln.

    10m/m ist ja nicht das meiste, sollte je nach Spulendurchmesser
    und Motor auch ohne Getriebe klappen, wobei Schrittverlußte eher
    bei sehr schnellen hochfahren zu sehr hohen Freuenzen vorkommen
    können. Eine konstannte Abwicklung mit geringen Änderungen dürfte
    dagegen keine Gefahren diesbezüglich bringen.

    Solange die Versorgung vom Motor genügend Srom/Sspannung Liefern
    kann, verleirt da Motor keine Schritte.

    Gruß Richard

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Für eine Regelung braucht es auch eine Messung. Wenn eine Messung vorhanden ist, sollten Schrittverluste kein Problem sein, denn die werden dann mitgemessen, und kompensiert.
    Jedoch denke ich, dass ein Gleichstrommotor besser für die Aufgabe geeignet ist, da ein Schrittmotor keine konstante Drehmomentabgabe ermöglicht. Ein Gleichstrommotor kann aber auf Drehmoment geregelt werden, was wahrscheinlich besser mit der Bandspannung in Verbindung gebracht werden kann, als eine Drehzahl. Soweit ich die Aufgabe richtig verstanden habe...

  5. #5
    Vielen Dank schon mal für die Antworten!

    Es wird ein 6-10mm breites Textilband abgerollt, also etwas verhältnismäßig leichtes. Die Spule kann man sich als Hohlzylinder vorstellen mit folgenden Maßen:

    Innendurchmesser: 75mm
    Außendurchmesser mit Material: ca. 130mm
    Die leere Spule wiegt ca. 150g

    Wie kommen ich damit auf das nötige Drehmoment? Hat das was mit dem Flächenträgheitsmoment zu tun? Das ließe sich für den idealisierten Hohlzylinder ja leicht berechnen.

    was hält den dagegen?
    auf der einenseite der Schritmotor an der rolle aud auf der anderen seite?
    Auf der anderen Seite hält ein Fördermodul das Textilband praktisch reibungsfrei fest bzw. fördert dieses.

    Eine konstannte Abwicklung mit geringen Änderungen dürfte
    dagegen keine Gefahren diesbezüglich bringen.
    Die Abwicklung selber verläuft recht konstant, nur stoppt der Fördervorgang schon recht häufig (Fördern, stoppen, schneiden, fördern, usw.).

    Jedoch denke ich, dass ein Gleichstrommotor besser für die Aufgabe geeignet ist, da ein Schrittmotor keine konstante Drehmomentabgabe ermöglicht. Ein Gleichstrommotor kann aber auf Drehmoment geregelt werden, was wahrscheinlich besser mit der Bandspannung in Verbindung gebracht werden kann, als eine Drehzahl.
    Das ist schon mal eine wertvolle Information. Bei einem Schrittmotor gebe ich vielmehr eine Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit vor, richtig? Theoretisch könnte man das auch mit der Bandspannung in Verbindung bringen, dann wirds nur etwas abtrakter. Lässt sich denn ein Gleichstrommotor auch mit der nötigen Präzision regeln?

    Vielen Dank für die Antworten!
    Gruß, Jake

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Genau, beim Schrittmotor lässt sich nur die Frequenz einer festen Winkeländerungsschrittweite vorgeben.
    Die Präzision, wie genau du einen Gleichstrommotor regeln kannst, hängt im Prinzip nur von der Messgenauigkeit des Sensors, und der Güte des Reglers ab (PI-Regelung ist mindestens notwendig).

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker Avatar von Ostermann
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    Hallo Pongi!

    Zitat Zitat von pongi
    Jedoch denke ich, dass ein Gleichstrommotor besser für die Aufgabe geeignet ist, da ein Schrittmotor keine konstante Drehmomentabgabe ermöglicht. Ein Gleichstrommotor kann aber auf Drehmoment geregelt werden, was wahrscheinlich besser mit der Bandspannung in Verbindung gebracht werden kann, als eine Drehzahl. Soweit ich die Aufgabe richtig verstanden habe...
    Das ist so nicht richitg. Im unteren Drehzahlbereich hält der Schrittmotor immer mit seinem Nennmoment gegen die Last. Durch Variation der Wicklungsstrom könnte man das Moment anpassen. Das ist aber gar nicht nötig, da der Motor nur Moment aufbaut, wenn er belastet wird. Im Gegensatz zu einem Servo steht er ohne Last wirklich still.

    Das Problem ist eher, dass man einen Regler bräuchte, der aus der Sensorabweichung ein Takt-/Richtungssignal für den Motor erzeugt, da das bei Schrittmotorendstufen die übliche Schnittstelle ist. Wir haben inzwischen auch eine Endstufe, die man wie bei Servosteuerungen mit einem analogen Drehzahlsollwert ansteuern kann. Vielleicht ist das was für den OP?

    Mit freundlichen Grüßen
    Thorsten Ostermann

  8. #8
    Hallo Thorsten,

    danke für die Antwort! Gestern ist der Schrittmotor angekommen. Wie genau sieht eure Lösung denn aus? Muss ich mir das als Software-Lösung vorstellen oder habt ihr dafür eine diskrete Schaltung entworfen? Klingt auf jeden Fall sehr interessant für mein Problem.

    Gruß, Jake

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker Avatar von Ostermann
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    Hallo Jake!

    Das ist nichts anderes als eine Schrittmotor-Endstufe, die statt Takt-/Richtungssignalen (Positionsvorgabe) einen analogen Drehzahlsollwert verarbeitet. Die eigentliche Prozessregelung (also wie groß ist die Abweichung und wie schnell soll der Motor dann drehen) muss extern gelöst werden.

    Mit freundlichen Grüßen
    Thorsten Ostermann
    --
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