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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schrittmotor mit Sinus ansteuern


Autor: Fabian S. (jacky2k)
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Hallo,
ich bastel zur Zeit mit nem Kollegen an einer Schrittmotor steuerung und 
wir werden evtl. Probleme bekommen wenn der Motor so ruckelt, da wir nur 
mit ca. 40rpm laufen, 200 Schritte, Halbschritt (also praktisch 400 
Schritte).
Um den Motor ruhiger laufen zu lassen haben wir uns überlegt einfach 
eine Stereo Audioendstufe zu nehmen, den Motor im Bipolarmodus 
betreiben, jeweis ein Pol jeder Spule auf Masse und den anderen an die 
Endstufe.
Nun sollen zwei Sinus-Signale, um 90° Phasenverschoben in eingespeist 
werden. Wir wandeln also quasi das Rechteck in einen schönen Sinus.
Kann das funktionieren? Wie wirkt sich das auf die Lebensdauer aus?

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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Ja, das funktioniert mit Sinusansteuerung.
Ist aber natürlich stark verlustbehaftet durch die lineare 
Spannungsstellung im Audioverstärker.
Üblich (und effizienter) ist eigentlich ein Mikroschrittbetrieb durch 
Pulsweitenmodulation. Dafür gibt es auch fertige ICs. Der Nachteil ist, 
dass man die Modulationsfrequenz eventuell hört.

Grüße,

Peter

Autor: Tauwetter (Gast)
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>Wir wandeln also quasi das Rechteck in einen schönen Sinus.

Mach das bloß nicht! :-)
Besser wird der Sinus von einem µC (DAC oder PWM) erzeugt. Wenn ich 
richtig rechne, werden ca 133Hz gebraucht.

Andererseits wird es dennoch Ruckeln geben, da die Schrittmotore über 
ein Rastmoment verfügen, weshalb ein Nulldurchgang einer Phase 
sprunghaft verläuft.
Ein bipolarer Treiber mit 1/16 Schritten (z.B. A3979) mindert den Lärm 
auch schon deutlich und wäre u.U. die bessere Wahl und einfacher 
aufzubauen.

>Wie wirkt sich das auf die Lebensdauer aus?
Nein, solange der Motor nicht überhitzt wird.

Autor: Fabian S. (jacky2k)
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> Mach das bloß nicht! :-)
Warum?

Wenn ich den mit PWM ansteuern will, wie viele Takte pro Periode brauche 
ich denn da? 60? Wären dann 30 pro Halbwelle. Wenn ich das mit ner 
Software-PWM mache, 256 Bit dann bräuchte ich nen ~2Mhz Takt. Das wird 
haarig...

Autor: Michael_ (Gast)
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Ist doch bescheuert!
Ein Schrittmotor macht Schritte! Nochmal --Schritte--!!
Dafür ist er gebaut und wird so auch angesteuert.
Wenn es kontinuierlich sein soll, da nimmt man einen Servo.
Also jedes Teil für seinen Zweck!

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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>Wenn ich das mit ner Software-PWM mache,
>256 Bit dann bräuchte ich nen ~2Mhz Takt.

Deswegen baut man eine Schrittartumschaltung ein, die mit einer kleinen 
Hysterese zwischen drei Geschwindigkeitsbereichen unterschidet.

Geschwindigkeit 0 bis V1: Mikroschrittbetrieb
Geschwindigkeit V1 bis V2: Halbschrittbetrieb
Geschwindigkeit ab V2: Vollschrittbetrieb

So muss man im Mikroschrittbetrieb nicht so hoch takten. Bei hoher 
Schrittrate läuft der Motor im Vollschrittbetrieb ohnehin ruhig und man 
braucht keine Zwischenschritte.

Grüße,

Peter

Autor: Holm Tiffe (holm)
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Das mit dem Audioverstärker funktioniert durchaus, allerdings stark 
verlustbehaftet.
Schaue Dir mal den TA8435H an, das ist ein Schrittmotortreiber bei dem 
Du ohne zusätzlichen Aufwand Mikroschrittbetrieb (1/8 Schritte) erzeugen 
kannst,
d.h. Du kannst das Ding mit 320Hz takten und der Motor dreht sich 
genauso schnell wie mit 40 takten im Vollschrittbetrieb, nur feiner 
aufgelöste Schritte. Evtl. löst das Dein Problem.

Gruß,

Holm

Autor: MaWin (Gast)
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> Ist doch bescheuert!
> Ein Schrittmotor macht Schritte! Nochmal --Schritte--!!
> Dafür ist er gebaut und wird so auch angesteuert.
> Wenn es kontinuierlich sein soll, da nimmt man einen Servo.

Blödsinn.


Tausende Mikroschritttreiber wissen, warum Sinus besser ist:

PBL3717,
A3955/57/72/73/77, L6258, M54640/670/679, MB86521, LB1847/11847,
NJM3772+NJU39610, TA8435 (Toshiba)=IMT901, TB6560 40V 3.5A

Autor: Tauwetter (Gast)
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Du hast den TMC236 vergessen, der vielleicht am einfachsten zu 
beschaffen ist (Angelika).

Am besten wäre jedoch, mehr Vorgaben zu erfahren. Welcher Motor, welche 
Geschwindigkeiten, welche Versorgungsspannung?
Dann kann man sich doch gleich viel besser beschimpfen.

Autor: Fabian S. (jacky2k)
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Um eure hitzige Diskusion nochmals anzuheizen, es ist ein mittel großer 
Motor, 6V/1A. Und er muss sehr ruhig drehen, weil an ihm ein sehr langes 
Seil befestigt ist, was nicht schwingen darf, ein Foucaultsche Pendel.
Ich wollte mit meinem Kollegen kommende Woche das Teil nochmal 
besichtigen und genau ausmessen wie viel Kraft der Motor benötigt. U.U. 
wird dann nochmal auf einen etwas stärkeren Motor zurück gegriffen.

Was den Servo angeht, wir wollten Getriebe möglichst vermeiden und erst 
recht keine billigen verwenden, da das Gerät einige jahrzente halten 
soll.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

anscheinend spukt in vielen Gehirnen die Vorstellung, 
Mikroschrittbetrieb wäre mit Stromipulsen verbunden, das ist aber 
völliger Quatsch: ob man Mikroschritte wählt oder Ansteuerung durch PWM 
mit Sinus, kommt vollkommen auf das Gleiche heraus: ein treppenförmiger 
Strom, der so gut wie möglich einer Sinusfunktion folgt. Dabei ist es 
reine Auslegungssache, wie genau der Sinus angenähert wird: je mehr 
Schritte pro Sinusperiode (VÖLLIG EGAL ob Mikroschritte oder PWM!) desto 
genauer wird der Sinus approximiert.

Die einzige Alternative ist analoge Ansteuerung (= unendlich viele 
Schritte) z.B. mit einer Audio-Endstufe, aber damit baut man eher eine 
leistungsfähige Heizung. Es sei denn, man hat eine getaktete Endstufe, 
dann gilt genau wieder das Obige...

Aber was zählen schon technische Fakten, wenn es um Glaubensfragen geht.

Gruss Reinhard

Autor: MaWin (Gast)
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> Und er muss sehr ruhig drehen, weil an ihm ein sehr langes
> Seil befestigt ist, was nicht schwingen darf, ein Foucaultsche Pendel

Achtung, auch bei sinusförmigem (mittleren, falls PWM) Strom muss ein 
Motor nicht mit vollkommen konstantem Tempo über die Schritte 
(mechanische Polanordnung) hinweggleiten, denn wie sehr ein Pol seine 
magnetische Kraft auf den Anker je nach Winkelstellung ausübt (und 
welcher Strom daher je nach Winkel notwendig ist um ein gleichbleibendes 
Drehmoment auszuüben) hängt auch von der mechanischen Konstruktion des 
Motors ab.

Natürlich ist Sinus in erster Näherung (ohne genaue Kenntnis welcher 
Schrittmotor es denn nun sein soll) die passendste Wahl. Ein vielpoliger 
DC-Gleichstrommotor mit Untersetzung und mechanischer Hebelvorrichtung 
die das Schwingen unterstützt, wird aber wohl sauberer laufen.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Fabian S. schrieb:
> ... Und er muss sehr ruhig drehen, weil an ihm ein sehr langes
> Seil befestigt ist, was nicht schwingen darf, ein Foucaultsche Pendel.

Das spricht aber eher für ein Getriebe als einen Direktantrieb, weil das 
den Lauf des Motors ausgleicht. Es ist übrigens auch kein Dogma, dass 
ein Schrittmotor kein Getriebe haben darf. Wenn sich die Drehzahl wenig 
ändert, könnte man sogar über eine Schwungscheibe zwischen Motor und 
Getriebe nachdenken.

Gruss Reinhard

Autor: Fabian S. (jacky2k)
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Joa Getriebe ist sonne Sache. Es soll halt möglichst langlebig sein, und 
ohne Getriebe wäre das deutlich einfacher zu realisieren.
Aber die Idee mit der Schwungscheibe hatte ich auch schon. Naja ich 
denke der Rest ist ermstmal nur Spekulation, ich kann Montag genauere 
Infos geben, wenn ich mir das alles mal angesehen habe.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Fabian S. schrieb:
> Joa Getriebe ist sonne Sache. Es soll halt möglichst langlebig sein...

Es gibt Kirchturmuhren, die schon mehr als 400 Jahre laufen.

Gruss Reinhard

Autor: Fabian S. (jacky2k)
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Die deutsche Ingeneurskunst ist auch nicht mehr was sie einmal war :D

Autor: Michael_ (Gast)
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>Was den Servo angeht, wir wollten Getriebe möglichst vermeiden und erst
>recht keine billigen verwenden, da das Gerät einige jahrzente halten
>soll.
Wer sagt denn, das ein Servo ein Getriebe braucht? In Werkzeugmaschinen 
sind Servos mit Drehgebern eingesetzt, die präzise an die Stelle ziehen, 
die der Drehgeber und die Programmierung vorgeben. Und das ist genauer, 
als mit Schrittmotoren, wo ja bekanntlich ein Schritt verlorengehen 
kann.

Autor: Michael_ (Gast)
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>PBL3717,
>A3955/57/72/73/77, L6258, M54640/670/679, MB86521, LB1847/11847,
>NJM3772+NJU39610, TA8435 (Toshiba)=IMT901, TB6560 40V 3.5A
Mindestens der PBL3717 und der L6258 sind stinknormale Schrittmotor-Ic.
Sie haben nichts mit einer "Sinus-Schrittmotor-Ansteuerung" zu tun.
Die anderen hebe nicht noch recherchiert.
Natürlich können sicher einige wie der L6258 Servos steuern.

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