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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spindel-Lageregelung - DC-Motor oder ASM


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von IVo Drisga (Gast)


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Hallo an alle Forenmitglieder,

leider habe ich wenig Erfahrung mit der Ansteuerung von Elektromotoren 
und wollte daher euch um Hilfe bitten.
Ich möchte für einen Prüfstand einen Probenkörper mit einer bestimmten 
Kraft (bis 1000N) anpressen. Dazu soll ein Elektrozylinder (also ein 
Spindelvortrieb) eine Feder zusammendrücken und somit die Anpresskraft 
einstellen. Die Kraft wird mit einer Kraftmessdose zur Steuerung 
zurückgeführt.
Beim Elektrohubzylinder bin ich mir nun aber unsicher, welchen Motor und 
Steuerung ich nehmen soll.
Wenn ich eine Feder mit 100mm Federweg habe, entspricht 1mm also 10N. 
Wenn ich jetzt aus einer bestimmten Position die Kraft nachregeln 
möchte, muss ich also die Position irgendwie im Bereich von 1 mm 
verstellen.
Dabei muss ja eine gewisse Haftreibung überwunden werden. Das heißt ich 
würde die Spannung erhöhen, der Motor bleibt erstmahl stehen, überwindet 
mit einem Ruck die Haftreibung und dreht dann mit einer gewissen 
Geschwindigkeit weiter.
Und an diesem Punkt bin ich mir unsicher, ob sich dafür ein 
DC-Bürstenmotor mit PWM-Geschwindigkeitssteuerung eignet, oder ob es 
beim Anfahrung und Verfahren mit kleinen Geschwindigkeiten Probleme 
damit gibt.
Die Alternative wäre für mich ein Asynchronmotor mir Vektorregelung. 
Durch diese Vektorregelung sollen ASM auch bei kleinen Drehzahlen und 
hohen Momenten zuverlässig arbeiten.

Beim Preis bin ich leider etwas beschränkt, weshalb eine 
Servo-Fertiglösung leider nicht möglich ist.

Ich würde mich über Hilfe sehr freuen!


Mit freundlichen Grüßen

Ivo

von Der Andere (Gast)


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Mir würde bei der Aufgabenstellung sponan "Hydraulik" einfallen.

von zoggl (Gast)


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Warum schließt du einen Schrittmotor aus?

sg

von Stefan (Gast)


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Ich halte beides für machbar. Die DC-Motor Lösung wird deutlich 
günstiger sein, wobei du dafür sicherlich eine stärkere Untersetzung 
brauchst. (Ich gehe mal davon aus, dass du die Spindel nicht direkt 
antreiben willst, oder? Weil dann würde ich maximal den ASM sehen, 
vermutlich aber eher einen Schrittmotor) Kommt aber auch alles auf die 
geforderte Genauigkeit an. Dazu noch Zyklenzahl / -zeit...

von MaWin (Gast)


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IVo Drisga schrieb:
> Und an diesem Punkt bin ich mir unsicher, ob sich dafür ein
> DC-Bürstenmotor mit PWM-Geschwindigkeitssteuerung eignet

Da du regelst, reicht es.

> oder ob es beim Anfahrung und Verfahren mit kleinen
> Geschwindigkeiten Probleme damit gibt.

Die Spindel sollte sowieso nicht die Motorwelle sein, sondern ein 
Getriebe dazwischen. Man könnte auch einen Schrittmotor direkt 
anflanschen, aber der muss gross und kräftig sein. Der überwindet in 
jedem Schritt die Haftreibung. Statt Feder könnte auch Pneumatik dienen, 
die Übersetzung macht dann die Zylindergrösse.

Vielleicht helfen dir DRV590/591/593/594

von IVo Drisga (Gast)


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Hallo und danke für eure schnellen Antworten,

also ich werde den Elektrohubzylinder bestellen. Bei der Konfiguration 
muss ich mich aber entscheiden, welchen Motortyp ich brauche. Die 
Übersetzung ist dann gegeben und abhängig von meiner maximalen Hubkraft.

@ Der Andere: Hydraulik wäre natürlich das beste für diesen 
Anwendungsfall, jedoch wären die Kostendafür ebenfalls hoch und 
Hydraulik ist in unseren Laboren nicht so erwünscht.

@zoggl: Schrittmotoren habe ich bisher bei keinem Hersteller gesehen. 
Höchstens vlt als Servo-Motor bezeichnet, aber dort überstiegen die 
Preise mein Budget.


@Stefan: Ja die Übersetzung wird vom Hersteller ja so gewählt, dass der 
Motor die maximale Hubkraft stemmen kann. Die Genauigkeit ist ja das, 
was mich letzlich interessiert. Ich hab leider keine Erfahrung, wie sich 
diese PWM-Steuerung auf das Anfahrverhalten auswirkt. An die Dynamik 
stelle ich widerum wenig Anforderungen. Auch werden es wenige Zyklen 
werden. Der Hubzylinder drückt die Feder bis zur gewünschten Kraft ein. 
Danach stopt er und der Zylinder hält mittels Selbsthemmung die 
Position. Verformt sich die Probe mit der Zeit, muss er dann mal 
nachregeln. Das ganze ist also ziemlich statisch.

Mit freundlichen Grüßen

Ivo

von IVo Drisga (Gast)


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MaWin schrieb:

> Da du regelst, reicht es.
Ja ich habe sogar einen freien I-Anteil in meiner Regelung. Jedoch macht 
mir die nichtlinare Stellgröße sorgen. In meiner Vorstellung erhöhe ich 
im Stillstand die Pulsbreite um z.B. 1mm nach vorne zu fahren, also vlt 
3 U zu drehen. Durch das Losbrechmoment passiert erst jedoch nichts, und 
dann plötzlich überwindet der Motor das Moment und dreht dann gleich 
einige Umdrehungen und ich schieße über das Ziel hinaus.

Mit freundlichen Grüßen

Ivo

von zoggl (Gast)


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Hier bitte:

http://bfy.tw/787b

IVo Drisga schrieb:
> Durch das Losbrechmoment passiert erst jedoch nichts, und
> dann plötzlich überwindet der Motor das Moment und dreht dann gleich
> einige Umdrehungen und ich schieße über das Ziel hinaus.

Dann ist das aber keine Regelung sondern ein Pfusch.
bau das als kaskadenregler auf. Kraft=>Position => Drehzahl => 
Motorstrom / Spannung.

aber da das sowieso eher gemütlich zu sein scheint schlage ich erneut 
einen schrittmotor mit getriebe vor.

von Stefan (Gast)


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IVo Drisga schrieb:
> Verformt sich die Probe mit der Zeit, muss er dann mal
> nachregeln. Das ganze ist also ziemlich statisch.

Ah, also ein Anordnung zur Materialprüfung?

IVo Drisga schrieb:
> Durch das Losbrechmoment passiert erst jedoch nichts, und
> dann plötzlich überwindet der Motor das Moment und dreht dann gleich
> einige Umdrehungen und ich schieße über das Ziel hinaus.

Ich würde mir keine so ernsten Gedanken machen. Bei gescheiter 
Materielpaarung / Schmiermittel ist der Unterschied zw. Haft und 
Gleitreibung ja nicht so groß. Außerdem sollten Getriebe und Spindel 
soweit spielfrei sein und keine große Energie aufnehmen (Stichwort 
Torsionsfeder), die sie dann beim Losbrechen plötzlich abgeben.
Wenn du dennoch bedenken hast, überlege mal, die Kraft indirekt / mit 
einem inneren Regler über die Drehung des Motors zu regeln. Ich würde 
der Motorwelle einfach noch einen Rotationsencoder mitgeben und auf 
Position / Geschwindigkeit des Rotors regeln. Quasi wie ein Servo. Das 
bedingt natürlich, dass du an den Motor rankommst.

von Ivo Drisga (Gast)


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Hallo!

@ zoggel: Oh da haben wir uns irgendwie missverstanden. Ich weiß schon, 
was ein Schrittmotor ist. Ich habe jedoch bisher bei fast keinem 
Hersteller gesehen, dass sie Schrittmotoren anbieten. Nur Servomotoren 
mit Steuerung wurden mir angeboten, was ja auch ein Schrittmotor sein 
könnte (oder nicht?). Ich habe jetzt jedoch mir von einem Hersteller 
erklären lassen, wie ich bei seinen Hubzylinder beliebige Motoren 
verwenden kann. Daher wäre ein Schrittmotor vlt doch möglich.

@Stefan: Ja es geht um Abriebversuche von Materialpaarungen.
Vermutlich hast du mit der Schmierung recht. Ein Anbieter meinte vorhin 
zu mir, dass es dort kein ruckartiges Losbrechen gibt. Vermutlich werde 
ich aber um eine Geschwindigkeitsregelung echt nicht drum herum kommen.
Bei der Kraftregelung bin ich mir nicht sicher, wie ich das 
bewerkstelligen soll. Dafür bräuchte ich ja noch extra Stromregler. Ein 
normaler Frequenzumrichter macht dies ja nicht.

Mit freundlichen Grüßen

Ivo

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Ivo,

"Servomotor" ist zunächst mal ein Gattungsbegriff für Motoren mit 
Positionsrückmeldung, üblicherweise auch auf hohe Genauigkeit und 
Dynamik optimiert (gutes Anlaufverhalten, geringes Rastmoment usw.). Die 
Motortechnologie ist damit noch nicht zwingen festgelegt. Heute sind 
Synchron-Servomotoren Stand der Technik für "normale" Servoanwendungen. 
Das ist das, was du bei deinen Recherchen als zu teuer klassifiziert 
hast. Asynchron-Motoren setzt man in der Regel nicht als 
Positionierantriebe ein, weil ihr Anlaufmoment gegenüber Synchronmotoren 
schlechter ist.

Anbieter von Servoantrieben bieten selten auch Schrittmotoren an, das 
ist richtig. Dafür gibt es aber jede Menge andere Firmen, die Lösungen 
im Bereich Schrittmotoren anbieten, viele davon beschränken sich 
allerdings auf den Vetrieb chinesischer Standardprodukte. Wenn man etwas 
spezielles sucht, wird die Auswahl dünner. Auch von mir kannst du bei 
Bedarf ein Angebot für Motoren und Treiber bekommen, auch für 
programmierbare Geräte mit integrierten SPS-Funktionen.

Neben Schrittmotoren kommen grundsätzlich auch BLDC-Motoren als 
preiswerte Alternative zum o.g. Standard-Servo in Frage. Durch die 
niedrigere Versorgungsspannung und preiswertere Feedback-Systeme 
(Hallsensoren oder einfache digitale Encoder statt hochauflösender 
Multiturn-Geber) ist man damit deutlich preiswerter unterwegs. Als 
Spindelantrieb benötigen diese Motoren aber in der Regel ein 
(Planeten)-Getriebe, so dass der Schrittmotor preislich wieder die Nase 
vorn hat.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Ivo Drisga (Gast)


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Hallo Thorsten,

ok, vielen Dank für die Erklärung.

Also das Problem bei Schrittmotoren ist im Bezug auf Elektrohubzylinder 
wohl, dass sie selten genormte Flansche haben. Ich benötige einen IEC 63 
B14 Flansch bzw. Welle.
Wenn du mir in der Hinsicht einen Tipp geben könntest, wäre ich dir 
natürlich sehr dankbar!

Mit freundlichen Grüßen

Ivo

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Ivo,

Schrittmotoren sind sehr wohl genormt [1]. Allerdings kommt die Norm aus 
dem amerikanischen Raum und ist nicht zu den Normen für Standardmotoren 
kompatibel. Entweder nimmst du einen Zylinder, der für den Anbau von 
Schrittmotoren vorgesehen ist (die Isomove-Baureihe von Setec könnte 
passen), oder du musst mit einem Motoradapter (Flanschplatte und ggf. 
Wellenadapter) arbeiten.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

[1] 
http://www.schrittmotor-blog.de/nema-schrittmotor-was-ist-das-eigentlich/

von Ivo Drisga (Gast)


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Hallo Thorsten,

vielen Dank für deine Antwort.
An einen Adapter hatte ich auch schon gedacht. Letztendlich muss ich 
dann wohl von den Kosten abwägen müssen. Zur not muss ich später nochmal 
korrigieren, falls etwas nicht funktioniert.

Deinen Blog werde ich mir mal zu gemüte führen, in anderen Bereichen 
werden wir auf jeden Fall Schrittmotoren einsetzen.

MfG Ivo

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