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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Beschleunigung Schrittmotor


Autor: Chris S. (chris606)
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Hallo zusammen,

ich habe hier einen Nanotec Schrittmotor ST5918M2008-B mit folgenden 
Daten:
http://de.nanotec.com/downloads/pdf/2786/ST5918M2008.pdf
mit angebautem HEDS-5540 Encoder.

Nun zum Problem:
Der Motor soll in möglichst kurzer Zeit eine viertel Umdrehung machen, 
ich habe da so an 25ms gedacht. Auf die Drehzahl gerechnet wären das 
dann 600 min-1. Schneller wäre natürlich noch besser.
Die Masse am Motor ist eigentlich sehr gering und vorerst denke ich 
ziemlich vernachlässigbar im Vergleich zur Motormasse.

Nun zwei Fragen:
1. kurzfristig bräuchte ich eine fertige Schrittmotorsteuerung die für 
diese schnelle Beschleunigung ausgelegt ist, kann mir das jemand eine 
empfehlern?
Hatte da an so etwas gedacht:
http://www.rta-deutschland.de/rta_de/PDF/hgd.pdf
Das um den Versuchsaufbau mal zu machen und die Geschwindigkeit zu 
testen.

2. längerfristig möchte ich die Steuerung dann selbst über einen dsPIC30 
machen, dazu bräuchte ich einige Tips worauf es bei der schnellen 
Beschleunigung/Bremsung ankommt.

Gruß
Christian

Autor: Tropenhitze (Gast)
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Ich fürchte, da hast Du schlechte Karten. Der Motor entspricht in etwa 
einem PK266 von Oriental Motor, deren Start-Stop-Frequenz nicht 
ausreichend wäre. Von Deinem Motor bräuchtest Du entsprechende 
Kennlinien.

Wenn die Last am Motor vergleichsweise gering gegenüber der Motormasse 
selbst ist, nimm einen deutlich kleineren Motor. Diese 'dicken' Dinger 
haben schöne Resonanzen, wenn sie nicht belastet sind.

Autor: Chris S. (chris606)
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Hallo,

also das Teil das an der Welle montiert ist hat ca. 60g.
Es spricht auch nichts dagegen einen kleineren Motor zu verwenden.

Gruß
Christian

Autor: Düsendieb (Gast)
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Elektromagnet und andere Mechanik.


Axel

Autor: Chris S. (chris606)
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Da hatte ich auch schon drüber nachgedacht, es gibt ja auch 
Drehmagneten. Aber das kommt nicht in Frage, ich brauche nämlich auch 
den ganzen 360° Bereich, aber eben nicht in der Geschwindigkeit.

Gruß
Christian

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Beschreibe doch mal das komplette Projekt, bzw. was es mal werden soll.

Autor: bkd (Gast)
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Ich habe bei mit einen EMT241 von ELRA mit einen Tiny13 im Einsatz läuft 
voll Super...

Autor: Tropenhitze (Gast)
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>Beschreibe doch mal das komplette Projekt, bzw. was es mal werden soll.

Und wie genau positioniert werden muß. Vielleicht gibt es ja einen 
Schrittmotor mit 90°/Schritt. Den kannste dann mit zwei Halbschritten 
ansteuern, um ihn entsprechend zu drehen :-)

Autor: Tropenhitze (Gast)
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> läuft voll Super...

Aufpassen, dass nichts überläuft. Super ist teuer!

Autor: Chris S. (chris606)
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Der Motor steuert ein Mehrwegeventil mit vier Stellungen, d.h. 90° 
Schritte würden ausreichen. Kann mir aber nicht vorstellen dass es 
Schrittmotoren mit 90° Schritten gibt, oder?

Gruß
Christian

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Was spricht gegen Elektromagnete?

Autor: Tropenhitze (Gast)
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Um noch einmal auf den Schrittmotor zu kommen: eine viertel Umdrehung 
sind 50 Voll- oder 100 Halbschritte. Ausgehend von Halbschritten stehen 
50 Schritte für Beschleunigung und 50 Schritte fürs Abbremsen zur 
Verfügung.
Da dies nicht viele Schritte sind und der mechanische Aufbau wohl nicht 
variiert, könnte man probieren, eine Tabelle für die Schrittfolgen zu 
erstellen, bei der der Motor nicht stecken bleibt.
Bei der Ansteuerung müssen die bipolaren Wicklungen parallel beschaltet 
werden (kleinste Induktivität), möglichst hoher Motorstrom eingestellt 
und die Vorsorgungspannung ruhig 48V betragen. So könnte es vielleicht 
klappen.

Eine andere Möglichkeit wäre, den Drehenkoder mit zu verwenden und den 
nächsten Schritt vom Erreichen der vorherigen abhängig zu machen. 
Vermutlich wird die optimale Geschwindigkeit nicht erreicht werden.

Von BLDC-Motoren habe ich keine Ahnung, aber sie wären ein möglicher 
Lösungsansatz. Die Auflösung verglichen mit einem Stepper ist schlecht, 
aber auf 90° (+/- ein bißchen) sollten sie einfach zu positionieren 
sein. Die Schrittfolge kann rel. langsam sein und die Bewegung mit 
Hallsensoren kontrolliert werden. Je nach Polzahl könnte ein 
Zahnriemengetriebe den Drehwinkel anpassen.
Dies nur als Anregung.

Ach so: nanotec hat auch BLDCs in gleicher Bauform wie die Stepper!

Autor: B. Spitzer (Gast)
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> möglichst hoher Motorstrom eingestellt und die Vorsorgungspannung ruhig 48V 
betragen.
Hüstel... Der Motor ist mit VDC 3,4V @ 2A angegeben. Die Induktivität 
ist bei 1kHz angegeben, bei der Geschwindigkeit (Vollschritt-Frequenz 
2kHz) also nicht zu vernachlässigen.

Jetzt mal ein paar Daten aus dem Datenblatt:

Haltemoment 0,74Nm (1,05 im Bipolarbetrieb). Das Beschleunigungsmoment 
ist bei Überspannung wohl einiges größer, aber für eine grobe 
Abschätzung nehmen wir mal Faktor 10 an.
Das Trägheitsmoment des Rotors ist 3x 10^-5 kgm²
Für die Beschleunigung gilt M = J Omega-punkt (dOmega/dt)  [1]
Mal einsetzen: 7,4Nm = 7,4kg m²/s² = 3x 10^-5 kgm² x dOmega/dt
Die Einheit 1/s² passt schonmal... Also dOmega/dt = 7,4/(3x 10^-5) 1/s²
= 250000 1/s²
Ab jetzt müsste man den Kram von 0 bis Pi/2 integrieren. Bin ich jetzt 
zu faul dazu. Also weiter abschätzen und das Integral durch 2 lineare 
Vorgänge ersetzen: Omega ist im Mittel 10U/s aber der Rotor muss erst 
von 0 beschleunigt und dann wieder gebremst werden. Also auf 1/8 
Umdrehung ist Omega(max) grob 20U/s, das dann in der halben Zeit 12,5ms 
also deltaOmega/delta t = 20 U/s / 12,5ms = 1600 1/s². Ohne weitere 
Träge Masse ist da Reserve, falls der Motor durch Überspannung wirklich 
das 10-fache Moment aufbringt. Die Massenträgheit der angetriebenen 
Masse hängt sehr stark von der Form ab, ist also hier unbekannt. Die 
müsste man in der Formel [1] noch dazu addieren.
Im Datenblatt ist bei Nennbetrieb ja auch ein Drehzahl von 300U/min 
angegeben.

unn tschuess
Bernhard

Autor: MaWin (Gast)
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> Der Motor steuert ein Mehrwegeventil mit vier Stellungen

Und da hat deine 60 Gramm Masse keine relevante Reibung und es entstehen 
keine Kräfte durch das durchströmende Medium wenn ein Ventil schliesst ?

25ms ist kurz, aber nicht zu kurz für Motoren dieser Bauform, und das 
weiss ich ganz ohne rechnen, weil die in alten 5 1/4" Floppys als 
Kopfmotor drin waren, und die hatten damals Seek-Times in dem 
Zeitbereich.

Sie wurden dazu mit einer Beschleunigungs- und einer Bremsrampe 
angesteuert, sonst (alle Schritte gleiche Impulse) lag die Seek-Time 
eher bei 100ms.

Allerding war die Last nicht hoch, ob deine 60g mehr oder weniger sind, 
ist schwer abzuschätzen, hängt vom Durchmesser ab, aber mit Reibung und 
Medium wird's mehr Kraft erfordern, was prinzipiell nicht gegen die 
Motoren spricht wenn sie's trotzdem schaffen, aber die Beschleunigung 
ist halt langsamer, also vielleicht die Zeit nicht zu halten.

Autor: Chris (Gast)
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>Der Motor steuert ein Mehrwegeventil mit vier Stellungen

Selbst konstruiert oder gekauft ? Darf man davon mal Detailbilder sehen 
? Habe Ähnliches vor und bin mir bei dem Gedachten Aufbau noch 
unschlüssig bzgl. der Dichtungen.

Autor: Frank K. (fchk)
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Chris 606 schrieb:
> Der Motor steuert ein Mehrwegeventil mit vier Stellungen, d.h. 90°
> Schritte würden ausreichen. Kann mir aber nicht vorstellen dass es
> Schrittmotoren mit 90° Schritten gibt, oder?

Und warum nimmst Du nicht gleich Magnetventile?

fchk

Autor: Chris S. (chris606)
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Herzlichen Dank für die vielen Anregungen.
Ich werde mich nun mal mit den BLDC-Motoren auseinandersetzen ob das 
nicht die bessere Wahl ist.
Detailbilder kann ich leider nicht schicken.
Magnetventile kann ich da nicht nehmen, das Ventil hat einen DN von 20mm 
und ist selbst konstruiert.

Autor: Chris S. (chris606)
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Hallo zusammen,

ich hab nun mal im www nach Positionierung von BLDC's gesucht aber 
nichts gefunden was mich in meinem Fall weiterbring.
Kann mir jemand sagen ob in meinem Fall ein BLDC geeignet wäre?

Nochmal zu den Anforderungen:
Der Motor dreht ein Aluteil mit ca. 100g an der Achse.
Es werden nur vier Stellungen benötigt, je 90°.
Der Motor sollt möglichst schnell von einer Stellung zur anderen 
wechseln, (<25ms).
Eine Positioniergenauigkeit von +-5° reicht völlig aus.

Autor: Tropenhitze (Gast)
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Wenn Du in den Datenblättern bei nanotec zwischen den Zeilen liest, 
findest Du Angaben wie Pole/Phase 8/3. Daneben noch, ob die Spulen in 
Stern- oder Reihenschaltung angeordnet sind und wieviele Impulse die 
ggf. eingebauten Hallsensoren pro Umdrehung liefern.

Ruf da doch einfach mit Deinem Problem an; meine Kontakte zu der Firma 
sind positiv besetzt :-)

Autor: Chris S. (chris606)
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Also Nanotec meint der Schrittmotor wäre hier doch die bessere Wahl.
Ich hab nun mal die SMCI35 Steuerung bestellt und werde damit mal Tests 
machen.

Autor: MaWin (Gast)
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> Kann mir jemand sagen

Ja.

> ob in meinem Fall ein BLDC geeignet wäre?

Nein.


Erst irgendwas halbfertiges zu 'konstruieren' und dann zu merken, daß 
man leider vergessen hat sich über demn Antrieb Gedanken zu machen ist 
symptomatisch für die neue deutsche Ingenieursgeneration.

Autor: Tropenhitze (Gast)
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>Ich hab nun mal die SMCI35 Steuerung bestellt und werde damit mal Tests
>machen.

Gib Bescheid, was draus geworden ist.

@MaWin
Schenck Dir doch einfach Deine blöden Komentare. Mal mag ja ganz lustig 
sein, aber auf Dauer nervst Du nur.

Autor: Chris S. (chris606)
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Logisch

@MaWin
Irgendwo muss man doch mal anfangen, hätte ich den Antrieb ohne Ventil 
würde mir das wenig bringen, hätte ich kein Ventil wüsste ich nicht ob 
es funktioniert und welchen Antrieb ich dazu brauche...
Also was war zuerst da, die Henne oder das Ei...

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Chris 606 schrieb:
> Nochmal zu den Anforderungen:
> Der Motor dreht ein Aluteil mit ca. 100g an der Achse.
> Es werden nur vier Stellungen benötigt, je 90°.
> Der Motor sollt möglichst schnell von einer Stellung zur anderen
> wechseln, (<25ms).
> Eine Positioniergenauigkeit von +-5° reicht völlig aus.

Falls das eine ernsthafte Entwicklung sein sollte (aber dann wäre die 
Frage nicht hier gelandet): für hohe Beschleunigung werden eisenlose 
Scheibenläufer verwendet, weil diese sehr viel schneller beschleunigen 
können als Schrittmotore. Weshalb würde aber zu weit führen, die 
Tatsache lässt sich ja aus den Daten ersehen und jeder 
Antriebsentwickler weiss das.

Gruss Reinhard

Autor: Tropenhitze (Gast)
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>Weshalb würde aber zu weit führen, die
>Tatsache lässt sich ja aus den Daten ersehen und jeder
>Antriebsentwickler weiss das.

Gib doch zu, Du weißt es doch auch nicht! Aber danke für Deine überaus 
große Gnade auf eine unwürdige Frage überhaupt reagiert zu haben.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Tropenhitze schrieb:
> Gib doch zu, Du weißt es doch auch nicht!

Eben das ist das Problem: der ganz und gar unfruchtbare Boden, auf den 
vernünftige Vorschläge hier fallen - je vernünftiger, desto ignorierter. 
Jeder sieht eine Frage nur im engen dunklen Tunnel seiner eigenen 
Kenntnisse und will von ausserhalb nichts hören.

Falls es dich wirklich interessieren würde, könntest du dich ja mit der 
Antriebstechnik von Werkzeugmaschinen beschäftigen, aber das geht nicht 
an einem Nachmittag.

Gruss Reinhard

Autor: Tropenhitze (Gast)
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Scheibenläufer sind mir schon seit 30 Jahren bekannt. Nur denke ich, 
dass der Fragesteller mit vertretbarem Aufwand seinen Nutzen haben 
möchte. Bevor mit Kanonen auf Spatzen geschossen wird, sollte er erst 
einmal mit seinen Möglichkeiten sein Problem lösen. Den mechanischen 
Aufbau kennt nur er, sodass Spekulationen ihm nicht seine eigene 
Erfahrungen ersetzen können. "Erfahrene Antriebstechniker" werden nicht 
als solche geboren.

Womöglich reichen letztendlich doch 100ms Stellzeit, und zu großer 
Aufwand dafür wäre übertrieben.

Autor: MaWin (Gast)
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> Irgendwo muss man doch mal anfangen,

Mit einem Konzept ?

Ist in der heutigen Zeit des FastFoods und der Fernsehdauerberieselung 
wohl zu viel verlangt.

Wenn man weiß, daß man in 25msec umschalten können muss, dann überlegt 
man welche bewegte Masse man hat und welche Antriebe dafür in Frage 
kommen und versucht das zu minimieren, was einem die Umsetzung 
erschwert. Es gibt viele verschiedene Möglicheiten, Ventile aufzubauen, 
und mache werden besser für schnelle Betätigung sein als andere. Ein 
Einspritzventiel ist anders gebaut als ein Waschmaschinenventil als ein 
Schwimmbadfilterpumpenrückspielventil.

Man baut nicht erst das, was einem einfach vorkommt, und fragt dann, wie 
man aus der Misere wieder rauskommt.

Autor: Chris S. (chris606)
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@MaWin
Darauf antworte ich jetzt nicht, ich sehe das als Beleidigung.
Ich arbeite seit fast 15 Jahren als Entwickler und glaube nicht dass ich 
mir so etwas anhören muss. Sei froh dass keiner Deine Rechtschreibfehler 
moniert. Solche Sprüche können meiner Meinung nach nur von einem kommen 
der keine Ahnung von der Praxis hat.
Mist, jetzt hab ich ja doch geantwortet...

Autor: Tobias B. (sessl3r)
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Chris 606 schrieb:
> Sei froh dass keiner Deine Rechtschreibfehler
> moniert.

Und keiner deine Zeichensetzung ;)

Ich frage mich aber wo du eine Beleidigung siehst! Ich sehe nur harmlose 
Kritik an deiner "Planung" - du passt aber zu den Entwicklern in meiner 
Firma (genauso Planlos).

Es stimmt doch was hier gesagt wird. Man macht sich bei einem Projekt 
immer über alles Gedanken und nicht nur über den Teil des Ganzen welcher 
leicht fällt.

Und bei einem elektronisch gesteuerten Ventil behaupte ich könnte einem 
im Ersten Moment einfallen, dass man einen Antrieb braucht.

Fachlich habe ich hier leider keine Ahnung von. Auch sollte evtl. 
bekannt gemacht werden, ob es sich um ein Bastelprojekt oder etwas 
Professionelles handelt?!

Grüße Tobi

P.S.: Groß-/Kleinschreibung und ähnliches ist gewollt ;)

Autor: Chris S. (chris606)
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Danke für den Hinweis, meine Probleme mit der Zeichensetzung sind mir 
bekannt, das moniert mein Arbeitskollege auch immer.
Aber nun nochmal zum Eigentlichen.
Das Projekt ist ein Professionelles, und zur Planung habe ich nur 
deshalb so reagiert weil das Projekt schon seit ca. 2 Jahren in Arbeit 
ist, immer wieder mal geruht hat und schon gefühlte hundert mal komplett 
umgeschmissen wurde (nicht von mir!), soviel zur Planung.
Also sorry, hatte auch noch einen sch... Tag.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo Chris,

And Now for Something Completely Different (für den MOD: Zitat von Monty 
Python): ist es überhaupt gesichert, dass so eine schnelle Umschaltung 
gut für das System ist? Wenn du z.B. deinen Wasserhahn in 25 ms 
schliesst, musst du viele m Wassersäule abstoppen, den Schlag hört man 
im ganzen Haus.

Ich will keineswegs dein Projekt zum 51. mal umwerfen, aber es wäre 
peinlich, jahrelang etwas superschnelles zu entwickeln, um dann 
festzustellen, dass es garnicht anwendbar ist.

Gruss Reinhard

Autor: Chris S. (chris606)
Datum:

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Hallo Reinhard

das macht dem System überhaupt nichts aus.
Aber danke für den Hinweis.

Auf in einen neuen Tag...

Gruß
Christian

Autor: Thorsten Ostermann (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite
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Es gibt von Escap auch Schrittmotoren mit Scheibenläufer. Die haben dann 
natürlich nicht allzuviel Drehmoment.

Ich würde hier eher einen Tincan (=Dosen)-Schrittmotor mit 7,5° oder 15° 
Schrittwinkel einsetzen. Je kleiner der Schrittwinkel, desto besser die 
Positioniergenauigkeit und desto geringer ist das Überschwingen beim 
Positionieren, um so langsamer wird der Motor natürlich auch. Die Höhe 
der Versorgungsspannung ist bei hohen Anforderungen an die Dynamik 
übrigens auch nicht zu vernachlässigen...

Eine erste überschlägige Abschätzung, ob der Motor die erforderliche 
Beschleunigung überhaupt schafft, lässt sich aus Trägheitsmoment (Motor 
plus Last) und Motormoment machen.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

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