Перейти к содержанию

Почему шаговый двигатель пропускает шаги при старте?

Обновлено Редакция GAW

Шаговый двигатель держит позицию, пока момент нагрузки меньше его момента. Ротор вместе с нагрузкой обладает инерцией, и если поле статора сразу начинает вращаться быстро, ротор отстаёт больше чем на шаг — и двигатель срывается. Счётчик шагов в программе при этом продолжает считать, поэтому позиция теряется молча.

Частота шагов на рабочей скорости

Частоту шагов для нужной скорости TI в даташите DRV8825 считает так:

fstep=v⋅360∘⋅nm60⋅θstepf_\text{step} = \frac{v \cdot 360^\circ \cdot n_m}{60 \cdot \theta_\text{step}}

где v — скорость в об/мин, n_m — деление микрошага, θ — угол шага. Для 600 об/мин, шага 1,8° и 1/16 шага получается 32 000 импульсов в секунду (наш расчёт). Выдать такую частоту сразу после остановки — почти наверняка срыв: её набирают постепенно.

Причины и что делать

ПричинаПризнакЧто делать
Нет разгонасрывается в первый момент, на малой скорости работаетплавный разгон и торможение
Ток ниже номинальногослабый момент удержания, вал легко провернутьвыставить VREF под ток фазы
Мало напряжениятеряет шаги на высокой скоростипитать драйвер выше, ток держит чоппер
Резонанссрыв через секунды на определённой скоростипроходить зону разгоном, драйвер с демпфированием
Перегрузкатеряет по 4 полных шага при рывке нагрузкиредуктор или двигатель с запасом момента

На высокой скорости ток в обмотке не успевает нарасти за короткий шаг: AN-828 показывает, что он растёт по экспоненте с постоянной L/R, и момент падает. Поэтому разгон нужен и для этого: двигатель должен успеть развить момент до того, как частота станет большой.

Geckodrive описывает резонанс так: двигатель — система «масса — пружина», и на средних скоростях колебания ротора нарастают за время от половины секунды до 10 секунд. Через эту зону можно разогнаться, но работать в ней непрерывно нельзя. Подробно об этом — в статье о резонансе шагового двигателя.

Ток драйвера и шаги на миллиметр считает калькулятор шагового двигателя, запас по моменту — в статье о выборе двигателя. Устройство двигателя и драйвера разобрано в статье «Шаговые двигатели».

Похожие вопросы

С какой частоты шагов начинать разгон?

С небольшой, на которой двигатель с вашей нагрузкой уверенно трогается с места, — её подбирают опытом на собранной механике. Дальше частоту поднимают линейно; прошивки станков и 3D-принтеров задают это параметром ускорения в мм/с².

Помогает ли поднять ток драйвера выше номинала?

Мало. По Geckodrive удвоенный ток даёт вчетверо больший нагрев, а момент растёт заметно меньше чем вдвое из-за насыщения железа. Выставьте номинальный ток фазы и ищите причину в разгоне, напряжении питания или нагрузке.

Почему двигатель срывается не сразу, а через несколько секунд на одной скорости?

Это признак среднечастотного резонанса: колебания ротора нарастают от половины секунды до 10 секунд и срывают двигатель. Через такую зону скорости проходят разгоном, не задерживаясь, а драйверы с демпфированием подавляют её сами.

Источники

  1. Geckodrive. Step Motor Basics (приложение к руководству драйвера G201), копия на форуме LinuxCNC — Mid-band instability: шаговый двигатель — система «масса — пружина»; через резонансную зону можно разогнаться, но работать в ней непрерывно нельзя — колебания, срывающие двигатель, нарастают от половины секунды до 10 секунд; драйвер подавляет их демпфированием; нагрузка 15 % момента удержания смещает вал на 1/10 шага, при превышении момента удержания вал перескакивает на 4 полных шага; ток выше номинального даёт вчетверо больший нагрев без прироста мощности
  2. Texas Instruments (National Semiconductor). AN-828: Increasing the High Speed Torque of Bipolar Stepper Motors, SNVA029B (May 1993, revised May 2013) — ток обмотки нарастает по экспоненте с постоянной L/R; с ростом частоты шагов ток не успевает дойти до уставки, и момент падает
  3. Texas Instruments. DRV8825 Stepper Motor Controller IC, SLVSA73F (revised July 2014) — 9.2.2.1, уравнения 2–3: f_step = v · 360° · n_m / (60 · θ_step), пример: 120 об/мин, 1,8°, 1/8 шага — 3200 шагов/с

Нашли ошибку?

Смотрите также