Schrittmotore und Drehrichtung

Guten Abend allerseits,

ich experimentiere derzeit mit Schrittmotoren für die neuen Beine meines Bots und einem Projekt um endlich meine zwei linken Hände mit jeweils fünf Daumen durch eine ... äh ... "kleine handliche Hexapod-Fräse" zu ersetzen.
Schrittmotore haben sich als die für mich interessantesten Motore herauskristallisiert. Sie sind nahezu verschleißfrei, bei einer realisierbaren Übersetzung stark genug und (ok, klingt blöd, aber ...) sie sind herrlich kompliziert ^^
Nennspannung und Betriebsspannung, Schrittmotor-Treiber, Trägheit, Chopperbetrieb, Platinendesign mit kurzen Leitungen, Resonanzen, Beschleunigungs- und Verzögerungstabellen ... viele Probleme und Herausforderungen, denen zu stellen sich einfach Spaß macht :-)
24V Netzteile basteln, hinzulernen, neue 55V Netzteile bauen, Getriebe überlegen, an Steppingmethoden feilen ... einfach eine interessante Sache. Dadurch, dass der Motor dem vorgegebenen Feld folgt und bei Überforderung einfach stehen bleibt, ergibt sich eine schöne Überlastsicherung ohne "Motor-Peng-Effekt".

Mein derzeitiger Testaufbau funktioniert hervorragend. Der Stepper liefert ausreichende Kraft für meine Zwecke bis ca. 40 U/Sek und in weniger belasteten Phasen dreht er brav und artig bis über 80 U/Sek - nicht schlecht, wie ich finde. Die Referenzspannung für den Schrittmotor-Treiber - 2 x TEA 3718 - wird vom µC per PWM und nachgeschaltetem OpAmp (Rail-to-Rail) als Spannungsfolger abhängig von der Drehzahl erzeugt.

Nur eines bereitet mir momentan noch Kopfzerbrechen:
in einer Drehrichtung arbeitet der Motor problemlos, ich überwinde die Resonanzzonen schnell und komme zu den mir wichtigen Leistungsdaten. In der anderen Drehrichtung vibriert der Motor viel stärker und ist richtig "zickig". Softwaremäßig kann ich mir einfach keine Probleme vorstellen, darum meine Frage, ob es möglich ist, das einige Stepper nur in einer Richtung gut laufen? Es will mir zwar irgendwie nicht in den Kopf, wie sowas konstruktionsbedingt möglich ist, aber ... ich lasse mich gerne belehren.
Meine zweite Frage ist, ob sich das ganze Problem der Resonanzen nicht vielleicht mit Microstepping vermeiden ließen. Die Treiberbausteine unterstützen dies zwar nicht, aber es wäre mit Hilfe von 2 PWM-Signalen durchaus möglich.

Gruß MeckPommER

Moin!
An eine Frage schließe ich mich gleich einmal an, nämlich, ob es Schrittmotoren mit einer bevorzugten Drehrictung gibt. Ich habe hier nämlich auch das Phänomen, dass ein Motor in einer Richtung deutlich mehr Kraft hat als in der anderen....
MfG
Volker

Kann ich mir eigentlich nicht vorstellen, wie siehts denn aus, wenn ihr beide Spulen mal anders rum anschließt?
Ist die gleiche Richtung dann "kaputt" oder die Gegenrichtung?

Hallo
Nur eine Spule umpolen, dann läuft der Motor in die andere Richtung.
Wenn dann der unruhige Lauf wieder bei der selben softwaremäßigen Richtung auftritt, kann die Mechanik wohl ausgeschlossen und eine falsche Ansteuerung angenommen werden.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

Wenn nur eine Spule umgepolt wird, dann springt der motor nur noch hin und her, und dreht gar nicht mehr.

Bei bipolarer Ansteuerung darf nur eine Spule umgepolt werden um die Drehrichtung zu ändern. Werden beide Spulen umgepolt läuft der Motor wieder in die Ursprüngliche Richtung.
Aber erstmal danke für den Tipp mit dem Testen der Drehrichtung. Wird am Abend sofort ausgetestet.

Gruß MeckPommER

Setzt ihr ggf bei jedem Takt die "Direction" ?

Moin!
Also ich steuere meinn Motor über eine L293D H-Brücke an, die Steuerleitungen werden direkt von einem Mega8 bedient. Ein Test mit einer Schrittfrequenz von 1HZ zeigt optisch, dass die Schritte auch das machen, was sie sollen, aber auch bei der geringen Drehzahl ist ein Kraftunterschied feststellbar. Die Schaltung ist ijn Betrieb, so dass ich leider nicht testen kann, was beim Umpolen passiert.
MfG
Volker

So, viel getestet und ausprobiert. Nun bin ich schlauer, oder auch nicht ;-)

Im Halbschrittbetrieb geht es in eine Richtung besser als die andere. Pole ich eine Spule um, habe ich ich beide Richtungen murks bei höheren Drehzahlen.

Am Wochenende habe ich eine neue Schaltung gefertigt. Nun bekommen die Beiden TEA 3718 zwei phasenverschobene Sinuswellen auf den VRef-Eingang, womit ich nun also Microstepping umgesetzt habe.

Das macht sich im unteres Drehzahlbereich auch sehr gut. Resonanzbereiche von vorher sind (fast) verschwunden, allerdings stellen sich nun andere Resonanzbereiche im höheren Drehzahlbereich ein.

Ich vermute mal, das meine Stromversorgung auch nicht die sauberste ist - kommende Tests mit einem ultramodernen Oszilloskop von RFT (*grins*) werden hier wohl Klarheit schaffen können.

Ich bin absoluter Elektronik-Laie, wie ich gestehen muss. Folgend aber eine Überlegung zu weiteren Resonanzen:
Meine Sinuswellen per PWM werden durch ein RC-Glied geglättet. Gibt es durch den Kondensator nicht so etwas wie eine Phasenverschiebung? Sozusagen ein verzögertes Signal?
Das Drehrichtungs-Signal ist ja rein binär, unterliegt also nicht dieser Verschiebung. Dadurch ist beim Phasenwechsel der eingestellte Strom nicht genau bei 0. Dies würde ein leichtes Vibrieren des Motors bewirken was wiederum die Resonanzen erklären könnte?! Klingt das logisch oder ists Humbug?

Ist es lohnenswert oder sogar üblich, Schrittmotore gemischt zu betreiben? Also per Microstepping im unteren Drehzahlbereich um seicht die Resonanzbereiche zu überwinden und dann per Voll- oder Halbschritt im oberen Drehzahlbereich?

Gruß MeckPommER

P.S.: hat jemand noch ein Oszi im Keller? Manchmal wünsche ich mir nen zweiten Kanal ... und ein Oszi, was nicht schon so runter ist wie meines ;-)

Hallo,
ja es ist lohnend auf Vollschritt in höheren Bereichen umzuschalten. Bei einfacheren Stromregelungen kann der Strom bei höheren Drehzahlen nicht mehr richtig geregelt werden, da der Stromabbau zu lange benötigt und die Sinusform nicht mehr eingehalten werden kann. Normalerweise müsste man dann eine Regelung einsetzen, die den Strom gegen die Betriebsspannung abbaut (4 Quadrantenregelung) . Der Vorteil bei Mikroschritt im Resonanzverhalten nimmt bei hohen Drehzahlen ab, da hier die rotierende Masse schon eine Glättung bewirkt.
Ich habe es bei meiner letzen auch mit impementiert und bin doch überrascht wie der Motor jetzt läuft ;)
Umschaltung erfolg ab eine gewissen Taktfrequenz und bei erreichen der Vollschrittposition.

MfG
Manu

Ja, toll, grundsätzlich geht es in die Richtung, ich habe nur befürchtet dass es unmerklich bleibt.
Gib doch noch ein paar Beispieldaten an.
Kannst Du die Verbesserung auch quantifizieren?, wenn nicht dann nicht.

Noch einen weiteren Stolperstein gefunden:

Die Vref bei meinen Treibern L6219, TEA3718 darf nicht unter einen bestimmten Wert fallen, da sonst der Strom zu den Motoren komplett abgeschaltet wird. Das hat zur Folge, das der sinusförmige Stromverlauf zwar schön per µC erzeugt wird, die Treiber im Bereich der Kurve nahe Null aber abschalten.
Hier erfolgt also auch wieder ein plötzlichen Aus- und Einschalten, was wiederum zu Resonanzen führt. Ich werde die Rsense-Widerstände als vergrößern um den kompletten Vref-Bereich ausnutzen zu können und so die se Sprünge zu minimieren.

Gruß MeckPommER

Wenn Du mich meinst kann ich mal die Umschaltung rauswerfen und mal eine Vergleich der erreichbaren Endgeschwindigkeiten machen.

MfG
Manu

Update:
Die sinusförmige Ansteuerung der beiden VRef-Eingänge der TEA3718 hat leider wirklich seine Grenzen schon im Bereich von ca. 300 U/Min.
Am Abend folgen (nach einem Star-Trek Kinobesuch ^^) Experimente mit Viertelschritt-Betrieb, wie er im Datenblatt des TEA3717 aufgezeigt wird.
Ferner werde ich die ISR für die Motorsteuerung in Assembler schreiben, da vorstellbar ist, das diese bei z.B. 8000 Aufrufen pro Sekunde in Bascom nicht mehr flott genug ist (Aufgrund der Registersicherung).

Mein Ziel ist ein möglichst leiser Betrieb des Schrittmotors in beide Richtungen bei bis zu 4000 U/Min. And the basteling goes weiter ...

Tja bei mir versagt mein Probierrechner bei der Generation der Schritte im Achtelschritt. Mehr als 1100 1/min krieg ich im Achtelschritt somit nicht hin. Bei größeren Schrittweiten geht bis über 1500 1/min sogar noch mit Drehmoment. Ist ja allerdings bei ca. 42V und ca. 5A Peak (3,5A rms). Nur die verfluchten Störungen (Quitschen,Rauschen) in den Positionen mit niedrigen Phasenströmen macht mich noch fertig. Ich muss noch mal etwas rumexperimentieren mit anderen Messwidersänden, Filtern usw.

MfG
Manu