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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Allgemeine Frage zu Motoren: Schrittmotor / einfacher Motor


Autor: bernd (Gast)
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Hi,

habe mit Motorsteuerung bisher noch nichts gemacht.

Gibt es eigentlich eine klare Entscheidungsgrundlage, wann man welchen
Motortype verwendt?

Ich meine, ich kann doch an jeden Motor so etwas wie einen Sensor
daranmachen, um die Umdrehungszahl festzustellen, und mit Untersetzung
sollten sich damit doch auch Schritte realisieren lassen.

Umgekehrt sollte es doch auch mit einem Schrittmotor möglich sein, eine
gleichmäßige Bewegung hinzubekommen.

Frage: Wenn ich einen Schrittmotor langsam ansteuere, bekomme ich dann
eine ruckelige oder eine Gleichmäßige Bewegung?
Und kann ich mich darauf verlassen, dass wenn ich den Motor nicht mehr
Ansteuere, dass dieser dann auch augenblicklich stehenbleibt?

Kann mir jemand ein Buch empfehlen, das die verschiedenen Motortypen
(bis 12V) beschreibt und die verschieden Ansteuermöglichkeiten
behandelt?

Kann ein Schrittmotor einen einfachen Motor ersetzen?

Danke,
Bernd

Autor: Wolle (Gast)
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Schau dir mal dieses hier an :

http://www.wolfgang-back.com/lallus_home.php

Etwas weiter unten sind mehrere *.pdf-Files, in denen Schrittmotoren
und deren Ansteuerung gut erklärt und animiert sind.

Autor: Alex (Gast)
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Gibt es eigentlich eine klare Entscheidungsgrundlage, wann man welchen
Motortype verwendt?

"Ich meine, ich kann doch an jeden Motor so etwas wie einen Sensor
daranmachen, um die Umdrehungszahl festzustellen, und mit Untersetzung
sollten sich damit doch auch Schritte realisieren lassen."

Dann bräuchtest du aber eine starke Untersetzung. Die frisst dann auch
viel Leistung. Als Sensor meinst du Encoder,... ?

"Umgekehrt sollte es doch auch mit einem Schrittmotor möglich sein,
eine gleichmäßige Bewegung hinzubekommen."

Ja, es gibt Vollschritt, Halbschritt, Mikroschritt, ... Je feiner die
Bewegung sein soll desto aufwendiger die Ansteuerung.

"Frage: Wenn ich einen Schrittmotor langsam ansteuere, bekomme ich
dann eine ruckelige oder eine Gleichmäßige Bewegung?"

Prinzipiell ruckelig, aber von der Ansteuerung abhängig. Deshalb heißt
das Ding auch Schrittmotor.

"Und kann ich mich darauf verlassen, dass wenn ich den Motor nicht
mehr Ansteuere, dass dieser dann auch augenblicklich stehenbleibt?"

Abhängig von der angeschlossenen Last (Trägheit), also Jein.


"Kann mir jemand ein Buch empfehlen, das die verschiedenen Motortypen
(bis 12V) beschreibt und die verschieden Ansteuermöglichkeiten
behandelt?"

Gibt es im I-net massig Infos zu, siehe obiges Posting.

Autor: Tom (Gast)
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Hi Leute

Also beim Thema Motoren bin ich noch nicht ganz angelangt, ich will
mich zuerst nochmal richtig mit den Themen ADC und PWM
auseinandersetzen, aber danach werde ich wohl mal ein paar alte Drucker
und CD-Roms ausschlachten, denn dort soll man viele gute Motoren finden.
Nur so als Hinweis für gute Motorenquellen ;-).

Peace

Tom

Autor: Rahul (Gast)
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Und wie immer kommt es auf den Anwendungsfall an.
Ein Schrittmotor ist für die genaue Positionierung gedacht.
Bei solchen Sachen wie dem Papiervorschub von Druckern wird er noch
nicht ganz so dolle belastet, dass er keine Schritte verliert.
Wenn man jetzt eine grosse Masse bewegt (Massenträgheitsmoment), dann
hat man das Problem, dass er sehr langsam losläuft und auch eher
langsam zum Stillstand kommt. Dabei kann es passieren, dass er sich
"verzählt" und ein paar Schritte verliert. Dafür gibt es sogar
Inkrementalgeber für Schrittmotoren.
Solche Sachen werden dann auch über eine Steuerung geregelt.

Bei grösseren Maschinen (CNC-Fräsen etc) werden gerne grössere Motoren
benutzt, wo die Positionsregelung über Wegmesssysteme arbeitet. Die
Motoren  werden dann auch entsprechend angesteuert und gebremst.

Der Verwendungszweck kommt immer auf die geforderte Genauigkeit an.

Vor ein paar Jahren habe ich mal ein Buch aus dem Franzis-Verlag
gesehen, das sich mit der Ansteuerung von Motor per PC beschäftigte. Da
das etwa 15-20 Jahre her ist, ist mir der Titel und der Autor
entfallen...

Autor: Ratber (Gast)
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@Tom


>Also beim Thema Motoren bin ich noch nicht ganz angelangt, ich will
>mich zuerst nochmal richtig mit den Themen ADC und PWM
>auseinandersetzen


Wie wärs denn damit es erstmal andersrum zu machen ?
Als erstmal Krabbeln lernen bevor man sich ans Laufen begibt.


Du willst zuerst lernen wie man einen KFZ-Motor "Frisiert"
(Altdeutsches Wort für Tuning) und dann erst wie so ein Motor
funktioniert bzw. wo er Prinzipbedingte Schwachstellen mitbringt.


Eine gutes Beispiel sind dann die beiden Komiker die mir in den 80ern
an einer Ampel begegnet sind.
Die haben ihrem Pontiac Firebird ne Druckluftflasche an den Kopf
gesetzt.
Für ca. 30m waren se damit "King" bis sich der Zylinderkopf
selbstständig gemacht hat.
Die haben dann auch schnell lernen müssen was der Unterschied zwischen
einem Big- und Smallblock bei den GM-Maschinen ist gg


@Bernd



>Gibt es eigentlich eine klare Entscheidungsgrundlage, wann man
>welchen Motortype verwendt?

Eine Klare gibt es nicht aber eine halbwegs klare.
Aber dafür müßtest du uns schon saen was du machen willst.

Autor: bernd (Gast)
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@Ratber:
Auf www.metallstore.de gibt es einen CNC Fräsebausatz, der mich
vielleicht interessieren würde (falls rein mechanisch genau genug).

Hier muß dann natürlich auch die Positionnierung genau genug sein. Wenn
man z.B. einen Fräser anhängt, wiegt der doch schon einiges.

Also möchte ich wärend der Ansteuerung halt die genaue Position des
Fräsers wissen.

Hat jemand schonmal mit sochen CNC/Plottern experimentiert? Welche
genauigkeiten in µm erreicht man damit?

Danke,
Bernd

Autor: Ratber (Gast)
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Die Frage ist Leicht zu beantworten.

Es werden Schrittmotoren eingesetzt also ist die Psoitionierung bis auf
das minimale Restspiel genau.(Es gibt keine Spielfreien bzw.
wiederholgeneuen Positionierungen auch wenn man es immerwieder
behauptet.Allein die Abnutzung sorgt für Veränderung).

Die Position weiß immer der Steuerrechner (Sonst würde es jha nicht
funktionieren)


Die auflösung der Achse errechnet sich aus Schrittzahl des Steppers,Der
Ansteuerung (Microsteps),Der eventuell vorhandenen Über-/Untersetzung
und der Spindelsteigung).



Beispiel:

Achse mit Steigung von 5mm/Umdrehung.
Stepper sitzt direk auf der Achse und hat 72 Schritte (5°) pro
umdrehung.

Macht dann eine einfache Auflösung von 5mm/72 Schritte = 69.4444 µm.

Wenn jetzt noch Halb/Viertel oder Microsteps genutzt werden dann erhöht
sich die ganze Sache entsprechend.

also zb. Microstep mit 16 Schritten ergibt dann eine Auflösung von 4.34
µm.

Kannst dir also selber deine Auflösung zusammenstellen.

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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@ Rather,

bis zu dem Punkt, wo das Microstepping ins Spiel kommt, stimme ich dir
voll zu.

Aber: um bei dem beispiel zu bleiben, wenn man z. B. 1/16 Microstepping
einsetzt, verabschiede dich von der Vorstellung, daß jeder der 16
Einzelschritte den gleichen Drehwinkel produziert.

Die Schritte um den Vollschritt herum (Microstepps 15,16,1 und 2)
produzieren eine wesentlich kleinere Winkeländerung als entsprechende
Schritte um den Halbschritt herum ( 7,8,9 und 10).

MW

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

sehr oft wird aber auch ein Untersetzungsgetriebe eingesetzt so das man
mit Vollschritten arbeiten kann und trotzdem sehr kleine Schritte hat,
der Motor wird dann auch nicht mehr so stark belastet, wodurch auch
keine Schritte flöten gehen mit dem Nachteil das eine Umdrehung länger
dauert.

Und zu den Schrittmotoren aus Druckern, diese laufen meist nicht mit
12V sondern eher mit 36 oder 48V. Aus Scannern kann man die auch
ausschlachten gerade die USB-Scanner Schrittmotoren laufen mit
geringerer Spannung.

Autor: tex (Gast)
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Ich denke das wirst Du ausprobieren müssen
Dein Vorteil beim Step-Motor ist, dass Du Deine Genauigkeit beliegig
nach oben treiben kannst, indem Du das Getriebe entsprechend
dimensionierst. Wenn Du Dir ein Poti als Weggeber nimmst, hast Du, je
nach AD-Wandler, nur 1024 Schritte in denen Du Deine Wegstrecke
auflösen kannst (Mit ein paar Tricks geht noch etwas mehr aber eben
nicht im µm Bereich)
Ich habe meine Fräse mit umgebauten Servos gebaut, was mir genau genug
war.
ich persönlich meide die Spepper wie die Pest wegen des imensen
Aufwandes an Elektronik für die Ansteuerung und des lausigen
Wirkungsgrades.
Ich nutze DC-Motoren und schließe sie kurz, wenn ich sie anhalten will.

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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Seitdem es gute und bezahlbate Bipolarmotoren gibt, wird kein
Schrittmotor mehr mit Spannungen, sondern mit Strömen gesteuert. Dabei
ist die Speisespannung in weiten Bereichen egal. Jeder Motortreiber
prägt einen Spulenstrom in den Motor ein. Das bedeutet, daß der
Motortreiber mittels eines Shunts den entsprechenden Transistor solange
eingeschaltet läßt, bis der erwartete Strom sich einstellt. Aber das ist
in den App-notes der Treiberhersteller mehr oder minder gut beschrieben.
Das einzige Kriterium für den anwender ist der Widerstand der
Motorspule. Wenn man z. B. einen Strangwiderstand von 20 Ohm hat und
nur 5V Versorgung (maximal zulässiger Spulenstrom 1 A) geht das voll in
die Hose, weil bei geöffnetem Transistor der Strom nicht fließen kann
(5/20=0,25). Da muß man dann schon mehr Betriebsspannung zur Verfügung
stellen.

MW

Autor: Ratber (Gast)
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@Michael Wilhelm


>Aber: um bei dem beispiel zu bleiben, wenn man z. B. 1/16
Microstepping
>einsetzt, verabschiede dich von der Vorstellung, daß jeder der 16
>Einzelschritte den gleichen Drehwinkel produziert.
>
>Die Schritte um den Vollschritt herum (Microstepps 15,16,1 und 2)
>produzieren eine wesentlich kleinere Winkeländerung als entsprechende
>Schritte um den Halbschritt herum ( 7,8,9 und 10).


Mein Zitat:


>Es werden Schrittmotoren eingesetzt also ist die Psoitionierung bis
>auf
>das minimale Restspiel genau.(Es gibt keine Spielfreien bzw.
>wiederholgeneuen Positionierungen auch wenn man es immerwieder
>behauptet.Allein die Abnutzung sorgt für Veränderung).


Ein immerwieder auftretendes Problem hier im Forum ist das man sich
anscheinend nicht drauf einigen kann ob man erstmal das Grundlegende
Modell dikutiert oder ob man gleich in die Praxis geht.



Aber um deinen Einwand mal in deiner Art zu beantworten:

So gesehen ist auch der Vollschrittmodus asymetrisch da die Mechanik
nie Spielfrei wird und auch Temparaturänderungen am Material wirken.


Mit meinen Worten sähe das dann so aus:

Nimm einen Spezialisten für's Microstepping (zb. Trinamic) und auch
einen dafür ausgelegten Motor (Die aus der Wühlkiste sind nett aber bei
steigenden Anforderungen zunehmend ungeeignet) dann bekommst du eine
vernachlässigbare Differenz.



Also wir sollten uns einigen auf welchem Level wir uns unterhalten
sonst reden wir nur aneinander vorbei.



Ich habe den Eindruck das Bernd von diesem Thema noch garnichts
versteht (siehe Fragestellung) und mit Details bestimmt noch nichts
anfangen kann '-)

Autor: bernd (Gast)
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@Rathber:
"Ich habe den Eindruck das Bernd von diesem Thema noch garnichts
versteht (siehe Fragestellung) und mit Details bestimmt noch nichts
anfangen kann '-)"

Recht hast Du, aber...
Im Endeffekt ist mir ja egal, wie genau der Motor arbeitet, wichtig ist
nur, dass die Steurung weiß, wo der Wagen/Arbeitsarm sich befindet. Wenn
ich nun z.B. die oben erwähnte CNC-Fräse nehme, hat die mit sicherheit
eine gewisse Trägheit.
Nehmen wir an, auf Grund der Trägheit gehen hier und da ein paar
Schritte verloren.
Verloren gehen heißt doch aber, dass sich die Motorachse nicht weit
genug gedreht hat.
Hier wäre die Frage schlicht und einfach: Schön dass ich eine
Einzelschrittansteuerung habe, aber gibt es so etwas wie einen
Sensorausgang, der einem eine reale Rückmeldung für einen ausgeführten
Schritt gibt. Wenn ja, könnte man ja einfach bei fehlender Rückmeldung
dem Motor nochmal einen extra Ansteuerimpuls zukommen lassen.

Daher auch die Frage Schrittmotor oder normaler Motor. Es gibt doch
auch einfache Motore, die gleich einen ordentliche untersetzung
mitbringen. Wenn man jetzt pro Motorumdrehung einen Impuls bekommt, ich
aber eine Untersetzung von 1/1000 oder so habe, würde ein Impuls einem
1° entsprechen.
Wie ich einen Motor ansteuer ist mir somit egal, hauptsache, es gibt
einen zuverlässige Rückmelung.
Oder habe ich da falsche Vorstellungen.

Bernd

Autor: Ratber (Gast)
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Ja,kommt immer drauf an wie das Teil Konstruiert ist.

Stimmen Konstruktion und Verwendungszweck überein und ist die
Steuersoft nicht verbugt dann wirst du auch keine Problem haben.

zusätzliche Sicherheit bietet natürlich zb. eine zählscheibe (Bei
normalen Motorantrieben unumgänglich) aber das Kostet dann auch mehr
wegen mehraufwand für Mechanik und Auswertung.

Die Trägheit die du angesprochen hast ist bei fertig bzw.
Halbfertigprodukten schon eingerechnet (Macht ja sonst kaum nen Sinn
oder ?).


Btw. ein Detail zum Verständnis:

Grössere Massen bewegt man mit einer Rampensteuerung.
Dh. der Stepper wird langsam angefahren bis er seine
Maximalgeschwindigkeit erreicht hat und auch rechtzeitig wieder
runtergefahren.
So kann man am effektivsten arbeiten und so gehen auch kein Schritte
verloren.




In meiner Firma gibt es eine Menge an Schrittmotorbestückten
Produktionsmaschinen und da gehen schritte nur verloren wenn die Soft
einen Weg hat oder ein Mechanischer Schaden vorliegt.



Wenn du Zeit hast kann ich dir nur empfehlen das du dir mal nen Stepper
besorgst (Pollin,Reichelt,Conrad usw.) ,ihm ne alte Schwungscheibe aus
nem Videorekorder,oder sonst ne Last,auf die Achse hängst (für die
Trägheit) und das ganze dann per PC oder Controller ansteuerst.

Da kannst du dann selber sehen wie man damit arbeiten kann und wie es
mit der Wiederholgenauigkeit aussieht.

Ein einfacher Mega8 mit zwei Brücken (Diskret oder als Chip) und eine
Sprache deiner Wahl reichen da schon aus um einen Einblick zu bekommen
wie die zusammenhänge sind.

Bei den Angeboten in deinem Link sehe ich jedenfalls keine Problem
solange du die maximalen Drehmomente einhälst.

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

Bernd: Wenn man davon Spricht das ein Schritt verloren ging meint man
z.b. wenn man den Befehl für einen Rechtsschritt gibt und sich das Ding
z.b. wegen dem hohen erforderlichen Moment nicht gedreht hat. Es würde
aber schon eine Einfache Scheibe genügen die z.b. 180 Zacken hat und
wenn man einen Schrittbefehl senden kann man prüfen ob der Impulsgeber
eine andere Flanke liefert. Das wäre jetzt ohne Richtungsbestimmung
aber es ist auch höchst unwarscheinlich das ein Rechtsbefehl einen
Linksschritt auslöst wenn das vorher getestet wird.

@All: Sind Schrittmotoren eigentlich so aufgebaut das man längere Zeit
eine Spule bestromen kann ohne das was passiert oder sollten diese
Impulse eine bestimmte max. Zeit einhalten.

Autor: Ratber (Gast)
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Wenn ein SM im Stand bestromt wird (um ein weiterdrehen durch die Last
zu verhindern) dann wird auch Leistung Verbraten.
Es fällt also Wärme an die abgeleitet werden sollte.

Um den Stromverbrauch etwas zu reduzieren ,und damit auch die
Verlustleistung,greift man zum alten Mittel der Strombegrenzung wie man
es bei Relais und Schützen auch macht da die Haltemomente meist viel
geringer sein müssen.

Du mußt im Einzelfall prüfen ob die Wärmeableitung ausreichend ist.
Wenn nicht dann verfährste wie bei normalen AC-/DC-Motoren oder anderen
Geräten die Abwärme produzieren.

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

das ist mir noch ganricht in den Sinn gekommen eine Sple zu bestromen
um ein Weiterdrehen durch die Masse zu verhindern. Wieder was gelernt.

Gibt es da evtl. Chips die z.b. PWM einsezten z.b. volle Power für die
Drehung und weniger Power fürs festhalten(evtl. sogar einstellbar). Das
würde nämlich weniger Pins des µC's benötigen wenn es da schon fertige
Bausteine gibt.

Autor: Ratber (Gast)
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Yo,solche Chips gibt es massig.

Infineon,Trinamic,SGS usw. bieten da von einfachen Brücken biszu
kompletten Steuereinheiten alles an.

geh mal auf www.infineon.com und schau unter

Products->Power Semiconductors->Smart Motorbridges.... rein.
Da findest du einige Beispiele.
auch SPI/I2C und andere versionen sind erhältlich.


Das Problem ist nur je doller der Chip desto schwerer kommt man da ran
oder der Händler nimmt einem gleich nen Arm und nen Bein dafür ab.

Autor: Alex (Gast)
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Hallo,

weiß nicht ob meine Frage hier gut reinpasst... Egal ich stelle Sie
halt mal.


Zur Ansteuerung eines solchen Schrittmotors brauche ich ja auch
Software... Für meien Fall sollte es eine sein mit der man auch andere
Funktionen programieren kann wie z.B. Teil spannen. Oder Spindel ein.

Kennt Ihr solche Programme??? Was ist das beste??? Hab von einem
gelesen das "PC Posi" heißt. Weiß jemand von euch wo ich
kostengünstig so ein Programm herbekomme???

Danke für eure Antworten im Vorraus.

   Alex

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