Microstepping

Wat is 3D printen

Release status: Tutorial

Description	Microstepping
License	GPL
Author	User:Harry H. Arends
Contributors
Based-on	[[]]
Categories
CAD Models
External Link	[]

Wat is microstepping?

Microstepping is een methode voor het besturen van stappenmotoren, die doorgaans wordt gebruikt om een ​​hogere resolutie of vloeiendere bewegingen bij lage snelheden te bereiken.

Stappenmotoren bewegen in discrete stappen, of fracties van een revolutie. Een stappenmotor met een staphoek van 1,8 graden maakt bijvoorbeeld 200 stappen voor elke volledige omwenteling van de motor (360 ÷ 1,8)=200. Deze discrete beweging betekent dat de rotatie van de motor niet perfect soepel verloopt, en hoe langzamer de rotatie, hoe minder soepel deze is vanwege de relatief grote stapgrootte. Eén manier om dit gebrek aan soepelheid bij lage snelheden te verminderen, is door de stappen van de motor te verkleinen. Dit is waar microstepping in beeld komt.

Microstepping-bediening verdeelt elke volledige stap in kleinere stappen om de rotatie van de motor soepeler te laten verlopen, vooral bij lage snelheden. Een stap van 1,8 graden kan bijvoorbeeld tot 256 keer worden verdeeld, wat een staphoek oplevert van 0,007 graden (1,8 ÷ 256), of 51.200 microstappen per omwenteling.

Microstepping wordt bereikt door gebruik te maken van pulsbreedtegemoduleerde (PWM) spanning om de stroom naar de motorwikkelingen te regelen. De driver stuurt twee spanningssinusgolven, 90 graden uit fase, naar de motorwikkelingen. Terwijl de stroom in de ene wikkeling toeneemt, neemt deze in de andere wikkeling af. Deze geleidelijke overdracht van stroom resulteert in een soepelere beweging en een consistentere koppelproductie dan volledige of halve stapregeling.

(c)Dover Motion		(c)DoverMotion
(c)Dover Motion		(c)Dover Motion

Microstepping vermindert ook de snelheidsrimpel.

Hoewel de soepelheid van de koppelafgifte, de beweging bij lage snelheid en de resonantie worden verbeterd met microstepping, verhinderen beperkingen in de controle en het motorontwerp dat ze hun ideale eigenschappen bereiken. Dit komt voornamelijk omdat microstepping-aandrijvingen alleen een echte sinusgolf kunnen benaderen, waardoor er enige koppelrimpeling, resonantie en ruis blijft bestaan, hoewel deze sterk worden verminderd in vergelijking met de volledige en halve stappen. Bovendien bedraagt ​​de koppelproductie van een stappenmotor met microstepping-regeling slechts ongeveer 70 procent van het koppel dat wordt geproduceerd met volledige-stapregeling.

Microstepping wordt soms beschouwd als een goed alternatief voor mechanische overbrenging, omdat het geen speling in het systeem veroorzaakt of de maximale snelheid van het systeem verlaagt. Mechanische overbrenging vermenigvuldigt echter het koppel van de motor en vergroot het vermogen om zijn positie vast te houden.

Het is belangrijk om te vermijden wat soms ‘lege resolutie’ wordt genoemd, waarbij het verdelingsniveau van de stappen (dat wil zeggen de resolutie) hoger is dan praktisch gezien de systeembeperkingen. Dit komt meestal voor wanneer het door de microstep geproduceerde koppel onvoldoende is om het wrijvingskoppel van het aangedreven onderdeel (zoals een spindel of kogelomloopspindel) te overwinnen. Het incrementele koppel per microstap wordt bepaald door de volgende vergelijking:

$T_{\text{inc}}=T_{\text{hfs}}*SIN({\tfrac {90}{SDR}})$

Waarbij:

• TINC = incrementeel koppel geproduceerd bij elke microstap
• THFS = houdkoppel (volledige werking)
• SDR = stapverdelingsratio (aantal microstappen per volledige stap)

Voor een motor met een houdkoppel van 0,35 Nm met behulp van een deelverhouding van 256 stappen (SDR), zou het incrementele koppel dat door elke microstap wordt geproduceerd 0,002 Nm zijn.

$T_{\text{inc}}={0.35}*SIN({\tfrac {90}{256}})$ $T_{\text{inc}}={0.002}N_{m}$

Als de schroef een wrijvingskoppel van 0,06 Nm heeft, zijn er 30 microstappen (0,06 ÷ 0,002) nodig om voldoende koppel te genereren om de schroef te laten bewegen. Bovendien vereist het werken met meer stappen per omwenteling een hogere frequentie voor de pulstrein die de motor aandrijft. Als u in het vorige voorbeeld de 256 SDR gebruikt, betekent dit dat de motor 51.200 stappen, of pulsen, per omwenteling maakt (200 volledige stappen per omwenteling x 256 microstappen per stap). Bij een motortoerental van 100 tpm (6000 rpm) bedraagt ​​de benodigde pulsfrequentie meer dan 5 MHz