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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schaltung für einen Bipolaren Schrittmotor


Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Hallo,

ich habe folgendes Problem , habe eine Schaltung aufgebaut um einen 
Schrittmotor mit 4 Anschlüssen laufen zu lassen.
Die im Anhang beigefügte Schaltung ist jeweils für eine Spule.
Das Eingangssignal soll ein Sinus sein und für die  2.te Schaltung nur 
halt 90Grad Phasenverschoben.
Mein Problem ist wie bekomme ich am Eingang zum testen eine 90Grad 
Phasenverschiebung hin und kann mir einer Tips geben ob das wirklich
so funktioniert?

Der Sinn des ganzen ist es den Motor ganz fein laufenzulassen und im 
Stand
soll dieser nicht stark vibrieren.

Über Hilfe wäre ich sehr dankbar.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Peter Lüppken:

Ohne näher auf den Stromlaufplan einzugehen:

Die beiden um 90 Grad verschobenen Sinusspannungen liefert in der Regel 
doch ein Mikrocontroller.

Oder sollte es zum testen was anderes sein?

>Der Sinn des ganzen ist es den Motor ganz fein laufenzulassen und im
>Stand soll dieser nicht stark vibrieren.

Das feine Laufverhalten mit kleinen Schrittweiten macht schon der Sinus. 
Was eher Vibrationen macht, sind Voll- und Halbschrittsteuerungen.

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Hallo, danke schonmal für die Antwort.

Unser Problem ist , das die beiden anderen Personen noch nicht soweit 
sind um eine Ansteuerung für den DA Wandler zu schreiben. Deshalb wollte 
ich die Schaltung so zum testen ansteuern, ob das was wir da gebaut 
haben auch funktioniert. Kann ja auch sein das wir auf einem total 
falschen Weg sind.

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

für Testzwecke geht auch ein Allpass.

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Okay höre ich zum ersten Mal, aber werde mich dann da mal einarbeiten 
damit ich das Teil zum drehen bekomme.

Noch eine kurze Frage wenn ich nur positive Halbwellen zur Verfügung 
habe, diese auf eine Spule gebe und auf die zweite 90 Grad 
Phasenverschoben dreht dieser Motor sich dann auch? Oder brauche ich die 
negative zwingend auch ?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@karadur:

>für Testzwecke geht auch ein Allpass.

Ja, excellent. Ich wollte nen Differenzierer oder Integrierer 
vorschlagen...

Auf einfachste Weise, ohne Zusatzhardware, hat ne Firma vielleicht auch 
2 gleiche Sinusgeneratoren, die man für den allerersten Versuch bei sehr 
niedrigen Frequenzen per Hand synchronisieren und über Oszi 
kontrollieren kann.

@Peter Lüppken:

>Kann ja auch sein das wir auf einem total falschen Weg sind.

Derer Wege gibt es natürlich viele, und es hängt von vielen Faktoren ab, 
was man macht (Sparzwänge im Budget, Standardbauteile, Spezialbausteine, 
Anforderungen an den Antrieb...).

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

du brauchst auch die negative Halbwelle. Sonst geht auch der Allpass 
nicht. Geht übrigens nur für diskrete Frequenzen.

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Ich habe 2 Frequenzgeneratoren zur Verfügung , habe auch schon alles 
mögliche ausprobiert. Nachdem ich mir ein Oszi besorgt habe , musste ich 
feststellen das an dem Motor nur noch eine positive Halbwelle ankommt.
Denke das kommt daher das ich die Op´s mit nur +24V betreibe und mir die 
-24V fehlen bzw. bei mir auf GND liegt.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Peter Lüppken:

>Noch eine kurze Frage wenn ich nur positive Halbwellen zur
>Verfügung habe, diese auf eine Spule gebe und auf die zweite
>90 Grad Phasenverschoben dreht dieser Motor sich dann auch?

Nee, das müssen für eine kontinuierliche Drehung schon Vollwellen sein.

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Was wäre denn eine einfache Schaltung um mit einem Leistungs OP einen 
Schrittmotor anzutreiben, oder wo kann man sich gut über sowas einlesen?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Peter Lüppken:

Dann versuch bzw. überlege mal folgendes:

Kannst du an den Sinusgeneratoren eine Offsetspannung von U/2 
einstellen? So daß die Sinusspannung zwischen Masse und U pendelt? Der 
Nulldurchgang liegt dann auf der halben Betriebsspannung.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Peter Lüppken:

>Was wäre denn eine einfache Schaltung um mit einem Leistungs OP
>einen Schrittmotor anzutreiben, oder wo kann man sich gut über
>sowas einlesen?

Ich hab ja den Stromlaufplan immer noch nicht in Angriff genommen, ging 
aber davon aus, daß den jemand Versiertes aufstellte...

Apropos Köln: Mach doch mal einen Spaziergang zum Buchhaus Gonski am 
Neumarkt, dort hatte ich immer gerne gestöbert...

Andererseits, findet man aber auch so ziemlich alles im Internet.

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Versuche doch bitte mal deinen Stromlaufplan zu erklären, bin noch nicht 
so ganz schlau draus geworden. Ich ging von Sinusansteuerung aus. Was 
zb. macht(soll) R4 machen......

Alles recht geheimnisumwittert.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Bei dem Generator kann ich leider keine Offsetspannung mit einbringen, 
könnte aber eine Spannung über den DA Wandler vom µc erzeugen so das die 
Spannung im positven Bereich 2Vss hat, wenn das auch funktioniert. Oder 
muss ich unbedingt in den negativen Bereich gehen?

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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R4 ist die Mitkopplung (Verstärkungsfaktor) , haben den so groß gewählt 
das an der Spule dann ca 3,5V anliegt!

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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Sooo fein wird dieser Motor auch mit einer Sinusansteuerung nicht 
laufen.
Auch wenn immer wieder erzählt wird, ein Stepper sei auch nur eine 
permanenterregte Synchronmaschine, so ist der Stepper doch auf 
Blockkommutierung ausgelegt. Dreh das Ding mal von Hand, und Du wirst 
ein enormes Rastmoment feststellen.

Der "feine" Lauf ist der sog. Mikroschrittbetrieb, der auf einer 
Stromregelung der Phasen beruht. Ob das Ding vibriert oder nicht, hängt 
von der Genauigkeit dieser Regelung ab, und der verwendeten 
Schaltfrequenz.

Falls Ihr/Du schon das oben Genannte berücksichtigt habt, und Ihr 
dennoch mit Sinussteuedrung arbeitet, würde mich das Oszillogramm des 
Stromes  (eine Phase reicht) gegenüber der steuernden Spannung 
interessieren.

guude
ts

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
>R4 ist die Mitkopplung (Verstärkungsfaktor) , haben den so groß gewählt
>das an der Spule dann ca 3,5V anliegt!
Also war ich garnicht so falsch, nur ich habe bis jetzt noch keinen 
Verstärker mit Mitkopplung gesehen der eigentlich nicht schwingen 
sollte.
Das kenne ich eigentlich nur von Komparatoren.
Habe das jetzt alles nicht durchgerechnet, aber R9 macht mir auch einen 
komischen Eindruck(vom Wert her).

Das muss ich mir mal zu einer besseren Stunde reinziehen.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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R9 ist für den Arbeitspunkt des 2ten OP´s um einen gewissen Arbeitspunkt 
zur Verhältnisregelung .
Und vom Prinzip ist das auch eine etwas erweiterte Komparatorschaltung.


Für dem Mikroschrittbetrieb hab ich noch keine passende Schaltung 
gefunden die mit Op´s gebaut werden kann.

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Kann mir einer ein Tip für eine Mikroschrittschaltung mit OP´s geben ?!

Autor: tassativ (Gast)
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analoger Heizofen ?

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Analoger Heizofen , okay noch mehr Dinge die ich nicht kenne !

Autor: eProfi (Gast)
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Hallo, natürlich kann man das Ganze analog aufbauen (z.B. mit einer 
gleichstromgekoppelten Stereoendstufe), aber warum werden 99,9% der 
Motoren gechoppt angesteuert?
Vermutlich wegen der Verlustleistung.

Lies Dir mal die ANs der gängigen Stepper-Treiber-Hersteller durch.
z.B. www.st.com, Allegro, Toshiba, IMS, RTA
http://www.st.com/stonline/products/literature/an/8700.pdf
http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/16737.pdf

Meine diskret aufgebaute Steuerung erzeugt den Sinus mit einer DDS.
Diese hat zwei Pointer, die um (Tabellenlänge/4) versetzt auf die 
Sinustabelle zugreifen.

der Kern wird bei jedem PWMcycle ausgeführt und sieht so aus:
if(ddsSpeed<sollSpeed)ddsAccel= Accel;  else //beschleunigen
if(ddsSpeed>sollSpeed)ddsAccel=-Accel;  else //abbremsen
ddsAccel=0;                                  //sollSpeed erreicht

ddsPosit+=ddsSpeed;
ddsSpeed+=ddsAccel;//mit Vorzeichen: pos=rechtsrum, neg=linksrum

ddsSinus=ddsTable[tmp=ddsPosit.Word[LO]>>10];//die Bits 10-15(Tabelle 
ist z.B. 1.75*2^6= Bytes lang) sind der Pointer in die Sinustabelle
ddsCosin=ddsTable[tmp+16];//Cosinus ist um 90° = 16 Einträge versetzt

ddsSinus und ddsCosinus kannst Du dann entweder über eine DAC ausgeben 
oder die PWM damit modulieren (über einen Steller oder Regler).

ddsPosit (32bit) ist folgendermaßen aufgebaut:
highWord        LowWord
fedcba9876543210fedcba9876543210
                   Microschritte
                  Halbschritte
                Vollschritte
        Großschritte
Umdrehungen (falls der Motor 256 Schritte / Umdrehung hätte)


Generell gibt es zwei Möglichkeiten: eine Spannungs (selten)- oder eine 
Stromansteuerung (häufig, denn letztendlich ist der Strom die Ursache 
für das Drehmoment).
Das Ganze muss man erst "verdauen", denn es ist das Ergebnis nach 30 
Jahren Schrittmotorerfahrung.

Viel Erfolg!

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Mein Problem ist das wir eine Projektarbeit über das Thema machen müssen 
mit anschliessender Präsentation. Die Firma die uns betreuen soll, 
unterstützt uns mal absolut nicht.
Mir wurde hier mehr geholfen als 2 Wochen bei dieser Firma.


Wenn ich es schaffe eine Sinusförmige Spannung mit einem Offset von 2 
Volt zu programmieren und das Signal 4Vss hat, wird der Motor dann 
arbeiten?
Natürlich ist das der zweite Phasenverschoben.

Autor: Haumichblau (Gast)
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>Das Ganze muss man erst "verdauen", denn es ist das Ergebnis nach 30
>Jahren Schrittmotorerfahrung.

Dann frage ich doch gleich etwas dazu: "Wie kompensierst Du das 
Haltemoment der Stepper?"
Wie oben schon angemerkt, kann man den noch so saubersten Sinusstrom 
aufprägen, wenn der Stepper sein Eigenleben mit ins Spiel bringt.

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Wie ist das genau gemeint?
Wenn beide Ströme das gleiche Verhältnis haben , steht dieser!

Autor: Haumichblau (Gast)
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@eProfi

Meine obige Frage noch einmal präziser:
"Wie kompensierst Du das Rastmoment der Stepper?"

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Tja gute Frage, aber darüber mach ich mir mal gedanken sobald sich der 
Motor überhaupt mal bewegt !

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Nach einem längeren Wochenende bin ich soweit, das ich sagen kann das 
meine Schaltung nicht wirklich funktionert.
Ich kann nur ein Sinus am Eingang programmieren der zwischen 0 und 5V 
liegt. Jetzt nochmal die Frage was für eine OP Schaltung kann ich nehmen 
um an der Motorwicklung ein lauffähigen Sinus zu bekommen ?

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
>Jetzt nochmal die Frage was für eine OP Schaltung kann ich nehmen
>um an der Motorwicklung ein lauffähigen Sinus zu bekommen ?
Dachte ich mirs doch, versuche es mal mit Gegentakt NF Endstufen 
(Lautsprecher massefrei) wnn du schon unbedingt analog bleiben willst.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Die Vorgabe ist ja von eine PIC18 über den DA Wandler auf diese 
Schaltung.
Schaue mal im Netz ob ich was darüber finde.

Autor: Düsendieb (Gast)
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Hallo Peter,
wie ist denn diese Aufgabenstellung zustande gekommen?
Ist es eine rein akademisch damit Schüler etwas lernen oder gibt es 
andere Gründe wie z.B. den Versuch HF-Störungen zu minimieren.


Axel

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Diese Arbeit findet im Rahmen unserer Projektarbeit für den Techniker 
statt!

Autor: Düsendieb (Gast)
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Da die Aufgabenstellung eigendlich völliger Blödsinn ist und kein 
normaler Mensch einen Schrittmotor über einen Analogverstärker ansteuern 
würde und noch viel weniger diesen wieder mit einem Controller mit DA 
füttern würde wirst Du dazu wohl nix im Netz finden.
Das war bestimmt auch der tiefe Sinn dieser seltsamen Aufgabenstellung.

Na dann mal losgelegt.


Axel

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Der Sinn ist ja was zu bauen was es nicht so gibt! Es soll vermieden 
werden das der Motor beim laufen keine Vibrationen hat, wie beim 
normalen Schrittbetrieb!

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
>Es soll vermieden
>werden das der Motor beim laufen
>keine Vibrationen hat,
>wie beim normalen Schrittbetrieb!
Also wenn du vermeiden willst das der Motor keine Vibrationen hat, 
solltest du eigentlich Vollschritt nehmen.
Ob Sinusansteuerung an einem Schrittmotor keine Vibrationen erzeugt 
bleibt auch noch abzuwarten.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Ich hab den Schrittmotor nur mit einem Frequenzgenerator betrieben und 
muss sagen ist viel besser als im Schrittbetrieb !

Autor: Axel Düsendieb (axel_jeromin) Benutzerseite
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Da würde man normalerweise einen Treiber wie z.B. L6219 und 
Halbschrittmodus nehmen.
Da sieht der Strom schon etwas "sinusförmig" aus.

Dann gibt es noch den microstep Betrieb bei anderen Treibern.


Axel

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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@Peter Lüppken:

Mein Vorschlag zum Spaziergang zum Buchhaus Gonski kam nicht von 
ungefähr, denn es ist in so einer Metropole wie Köln einfach riesig, und 
vor Ort breitbandig aufgestellt.

Hast du mal UNI- und FH- Bibliotheken durchstöbert???

Ich selbst beschäftigte mich vor gut 10 Jahren mal mit dem integrierten 
Schrittmotortreiber TCA3727. Halbschritte, außer 2 externen 
Sense-Widerständen kaum Aufwand, nix mit trigonometrischen Funktionen, 
und funktionierte. In vielen Anwendungen geht das.

Taschenbuchvorschlag:

Prautzsch, Friedrich:
Schrittmotor-Antriebe: präzise positionieren in computergesteuerter 
Technik
Friedrich Prautzsch
München: Franzis, 1991.
RPB Nr. 218
ISBN 3-7723-2182-8

Da ist was über Grundlagen zu Ansteuerungstechniken Vollschritt, 
Halbschritt, Mikroschritt (Sinus, Cosinus), Schrittweiten, drin. Und 
auch was zu Motorgrundlagen, Massenträgheitsmomente, Dämpfungen, etc.. 
Jedoch beschränkt, da Taschenbuch.

Ich vermute mal, daß es da erheblich neuere Literatur und Erkenntnisse 
gibt. Auch neuere integrierte Treiberbausteine. Aber die Thematik ist im 
Detail alles andere als easy.

Autor: Düsendieb (Gast)
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@ Wilhelm:
der L6219 hat die gleich Funktion wie der TCA 3727 aber eine andere 
Pinbelegung und etwas mehr Ausgangsstrom.



Axel

Autor: Peter Lüppken (Firma: RAK Köln) (peter4491216)
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Habe mir das Buch " Mit Schrittmotren , steuern,regeln und antreiben von 
Felic Schörlin " da steht auch einiges drin !

Habe mal als Anhang 2 Fotos eingefügt einmal , mein momentanter 
Erfolgder Sinus ohne Motor und der "Müll" bei Belastung mit Motor 
(3.65Ohm).

Ausserdem habe ich an der Schaltung den Eingangswiderstand am 1.Op 
entfernt und den Parallel zur Spule liegenden Kondensator und 
Widerstand.

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