Schrittmotor Vibration

[Coni1]

An dem Motor hängt noch keine Last, somit kann das nicht die Ursache sein.
Die Schaltung sollte soweit in Ordnung sein.

Wenn ich bei meiner Zählschleife die Werte verringere sollten ja die Zeitabstände zwischen den einzelnen Schritten sich verringern und der Motor sich schneller drehen.
Leider tut er das aber nicht, der Motor ruckelt dann nur noch und dreht sich nicht mehr. Ist solch ein Programmablauf eventuell für ein Schrittmotor eher ungeeignet?

[021aet04]

Wenn du längere Pausen zwischen den Impulsen lässt funktioniert es? Wenn ja muss du den Schrittmotor langsam auf die gewünschte Drehzahl bringen (in einer Rampe), da der Motor sonst Schritte verliert und es zu solchen Vibrationen kommt. Die Schritte verliert er dann weil der Rotor (drehende Teil) durch die Massenträgheit nicht folgen kann.

MfG Hannes

[Coni1]

Wenn ich eine Pause von 5ms lasse dreht sich der Motor langsam aber mit vibration. Bei einer Pause von 1,28ms ruckelt der Motor nur noch und dreht sich nicht mehr.
Bei einer großen Pause von 65ms dreht sich der Motor extrem langsam aber immernoch mit vibration. Langsamer geht es eigentlich nicht mehr.
Würde der L297 den Motor langsam auf die gewünschte Drehzahl bringen?

[021aet04]

Ich kenne dein Programm nicht (kann kein ASM), ich würde aber einmal die EN Anschlüsse mit einem Widerstand fix auf die +5V geben oder eine PWM verwenden (damit der Strom des Motors nicht überschritten wird). Die In Anschlüsse würde ich dann einfach ansteuern. Zuerst reicht, zum Testen, der Vollschritt. Ansteuern kannst du entweder einfach per Hand (Pullup verwenden) oder über den µC, indem du z.B. über einen Taster die einzelnen Schritte weiterzählst.
http://www.rn-wissen.de/index.php/Sc...ng_Vollschritt

So kannst du Hardwarefehler ausschließen.

MfG Hannes

[ranke]

Noch eine Klarstellung zur Vibration: Wenn der Motor recht langsam läuft, dann springt der Läufer quasi von Schritt zu Schritt. Wenn man den Motor in der Hand hält oder ihn lose auf den Tisch legt, dann schüttelt es den ganzen Motor in diesem Takt. Das ist ein völlig normales Verhalten und wird bei höheren Drehzahlen schwächer, oder auch wenn man von Vollschrittansteuerung auf Halbschritt oder gar Mikroschritt übergeht. Möglicherweise ist das die von Dir beobachtete Vibration.

Würde der L297 den Motor langsam auf die gewünschte Drehzahl bringen?

Der L297 wird den Motor entsprechend einer digitalen Eingangsfrequenz drehen lassen. Konkret: jedesmal wenn die Spannung am /CLOCK-Eingang auf 0 Volt (Low) springt, macht der Motor einen Schritt (oder einen Halbschritt). Der Output des MC muss also eine Frequenz sein die erst langsam ist, dann immer schneller wird.

[Hellmut]

Hallo Coni

Es ist typisch, wenn man sich erstmals mit einem Schrittmotor beschäftigt, dass man über die Eigenarten eines Schrittmotors stolpert. Mir gings auch nicht anders, bis ich mir von Trinamic die TMCM110 Steuerkarte besorgte, genannt StepRocker und bei Reichelt zu beziehen. Diese Kart, mit der zugehörigen Steueroberfläche auf dem PC, erlaubt es die diversen Parameter der sehr mächtigen ICs zu steuern und so das Verhalten eines Schrittmotors zu erkunden.
Grundsätzlich gilt, dass ein Schrittmotor sehr empfindlich auf mangelnde Stabilität seiner Signale/Ströme reagiert. Fängt man also z. B. mit der höchsten hier angebotenen Mikroschritt-Auflösung an und stellt die Schrittgeschwindigkeit auf etwa 1/4 der möglichen Bandbreite ein, so findet man heraus ob und ab welcher Anzahl von Mikroschritten der Schrittmotor stehen bleibt. In dem Video, verzeiht meine miserablen Fähigkeiten als Regisseur und Kameramann, zeige ich wie es bei meinem Schrittmotor und einer Versorgungsspannung von 12VDC ist.
setzt man eine höhere Versorgungsspannung ein und mehr Strom, so kann man den Motor mit weniger Mikroschritten bis zu Vollschritten betreiben. Beim Video gezeigten Schrittmotor sind die Spulen jeweils parallel geschaltet, das erhöht die Stabilität und ermöglicht höhere Schrittzahlen. Der Preis ist ein etwas geringeres Drehmoment.Erhöht man die Geschwindigkeit langsam, so erlaubt der Motor in meiner Konfiguration die Anzahl der Mikroschritte noch weiter zu senken. Die Kombination aus Geschwindigkeit, sozusagen die „Tick-Geschwindigkeit” für die Schrittfolge und die Anzahl der Mikroschritte bewirkt das tempo mit dem der Schrittmotor dreht.
Der StepRocker hat noch die Möglichkeit bei 16 Mikroschritten pro Schritt, mein Motor hat 200 Schritte für eine Umdrehung, 16 weitere Mikroschritte durch Interpolation zu erzeugen. das Ergebnis ist eine noch höhere Drehzahl.
Nun aber konkret zur Laufruhe. Bei bestimmten Schrittgeschwindigkeiten und Strömen/Spannungen, entstehen im Schrittmotor Resonanzen, welche zu einem erhöhten Laufgeräusch führen. Da hilft nur diese Konstellation zu vermeiden und eine leisere zu finden. Da mit Mikroschritte die Laufruhe eh größer ist, muss man bei meinem Video schon sehr genau hinhören um diese Punkte zu erkennen.
Weiter hat auf das Laufverhalten eines Schrittmotors auch die Steilheit der Geschwindigkeitsveränderung Einfluss. Der Steprocker besitzt die Möglichkeit die Beschleunigung einzustellen. Das beste Ergebnis erzielt man allerdings wenn man die "S-Kurve" beim Beschleunigen einstellt und zusätzlich mit der Steilheit des Geschwindigkeitsanstiegs spielt, findet man für seinen Motor und die Randparameter, Spannung, Strom den Punkt wo man von Null auf höchste Geschwindigkeit und wieder auf Null in der kürzesten Zeit kommt. ich habe versucht auch das im Video zu zeigen.
Die Erfahrungen bei den Versuchen mit dem StepRocker zeigten, warum ich mit der Schrittmotorkarte von Robotikhardware nicht klar kam und nicht klar kommen konnte, wenn man 12VDC Spannungsversorgung hat. Wichtig ist es zu achten, dass man den höchsten zulässigen Strom für seinen Motor in der Software einstellt. Mein Motor kann 4,2A, der StepRocker nur maximal 2,8A. da konnte ich mit maximalen Strom arbeiten. Der Einsatz eines kleinen Schrittmotors von Trinamic, auch bei Reichelt gekauft, bedurfte den maximalen Strom auf etwa 670mA zu stellen. habe auch mit weniger Strom experimentiert und entsprechend ein früheres Stehenbleiben des Motors erlebt. Die ICs von Trinamic sind einfach eine ganz andere Klasse! Nimmt man dann noch die Möglichkeiten Schrittfehler zu vermeiden/zu erkennen in Anspruch, die Software erlaubt umfangreiche Einstellungen. Hier habe ich noch keine Experimente gemacht, dann kann man Schrittmotoren voll beherrschen und optimal nutzen. genauso mächtig und wertvoll, gerade wenn man von Akkus arbeitet, ist der effiziente Leistungsverbrauch. Auch hier sind umfangreiche Möglichkeiten gegeben. Kommt man dann noch zuletzt auf die Möglichkeit mit Hall-Sensoren die einen magnetischen Enkoder realisieren, dann kann man mit 8-12 bit Winkel-Auflösung und Referenz-Meldung bei jeder Umdrehung zuverlässig den Schrittmotor steuern, wenn auf ein exaktes Fahren wert gelegt wird. Ich habe das Video für ein spanisches Forum gemacht, hoffentlich trotzdem hilfreich.

[Hellmut]

Hier jetzt ein Video, nur kurz, etwas über 2 Minuten. Ich verwende einen Spannungsverdoppler um 24VDC Spannungsversorgung zu erreichen und habe die Einstellungen bereits gemacht.

[Hellmut]

Jetzt noch ein Video von dem ganz kleinen Schrittmotor, auch bei Reichelt gekauft, nur 28mm Kantenlänge.

[Coni1]

Hallo Hellmut,

danke für die Videos, leider ist mein spanisch nicht so gut.
Habe inzwischen meine Schaltung um den L297 erweitert. Leider mit dem gleichem Ergebnis der Motor noch vibriert.

Wie langsam bzw wie schnell müsste denn eine Rampe ansteigen?
Stelle mir so eine Rampe zu programmieren sehr umfangreich vor.

[Hellmut]

Hallo Coni
das Vibrieren zeigt sich im Video, leider eben auf Spanisch, bei bestimmten Konigurationen. Ich erhebeb keine Anspruch keine Interpretationsfehler meiner Versuche zu machen, noch etwas durcheinander zu bringen, aber hier meine Erkenntnisse, welche sich mit Infos aus dem Internet decken:

Das Vibrieren und die Motorgeräusche sind Ausdruck davon, dass im Motor die Werte eine Resonanz erzeugen.
Die Parameter die den Lauf bestimmen sind vielfältig, aber haben eben schon eine innere Logik. Grundsätzlich scheint zu gelten, dass die induzierte Spannung im Motor, steigt proportional zur Impedanz der Spulen. Deshalb ist macht das Parallelschalten von Spulen im Motor (dann möglich wenn 8 Leitungen herauskommen, also für jede der 2 Phasen jeweils 2 Spulen gehören) Sinn, so das dann die Impedanz der parallel geschalteten Spulen geringer ist. Das ermöglicht das Erreichen einer höheren Drehzahl, man bezahlt es aber mit etwas Drehmomentverlust, siehe Tabellen zu Motor im zugehörigen Datenblatt. Wenn man meinen kleinen Motor bei Reichelt anschaut, dann sieht man das es 2 unterschiedliche Motoren gibt, gleiche Abmessungen des Querschnitts, aber der eine mit mehr Drehmoment ist etwas länger.
Erhöht man die angelegte Spannung erreicht man höhere Drehzahlen. Für mich der Hinweis, dass die höhere angelegte Spannung mit meh EMK, so heisst das glaube ich, klar kommt, weshalb höhere Drehzahlen möglich sind! Ich habe deshalb in meinen Segler 12 LiFePo4 Zellen, je 16Ah Kapazität.
was ich aber bei den Versuchen mit dem StepRocker sehr deutlich erkennen konnte, ist das über die Zahl der Mikroschritte die Geschwindigkeit am stärksten beeinflusst wurde. ich habe versuche mit diversen Geschwindigkeiten gefahren, 1/4, 1/2, 3/4 und 4/4 der einstellbaren Geschwindigkeit. Geschwindigkeit heißt hier der Takt, mit welchen die Schritte erfolgen. Füll speed = 2047, 1/4 = 512, usw.. Die Mikroschrittanzahl konnte in 8 Schritten eingestellt werden, immer als Potenzen von 2, also 256= 8, 128=7, 64=6, 32=5, 16=4, usw.. Je weiter ich die Anzahl der Mikroschritte reduzierte, desto schneller drehte sich der Motor, aber desto weniger Geschwindigkeit war möglich, bevor der Motor stehen blieb. Wie man durch einfaches Nachrechnen verstehen kann, erreichte ich höhere drehzahlen des Motors wenn ich die Geschwindigkeit auf 1/4 setzte, dafür aber die Mikroschrittzahl auf 16. Habe ich dann noch die Funktion der Mikroschritte Interpolation benutzt, dabei werden in Hardware im Trinamic Controller bei der Einstellung "4=16 Mikroschritte pro Schritt" eingestellt und diese Funktion aktiviert, dann erzeugte er bei jedem Mikroschritt 16 selber in Hardware und die Geschwindigkeit war 16-fach erhöht.
Bei diesen Versuchen wurde deutlich an den Versuchen mit unterschiedlichen Schrittmotoren, jeweils anderer Bauart die ich hier habe, dass die Laufruhe, die vribration, bei anderen Konfigurationen hoch ist. es ist wirklich Motor spezifisch. Was aber deutlich wurde, bei weniger al 16 Mikroschritten blieb mein Motor bei 12VDC angelegter Spannung auch bei 1/4 der Geschwindigkeit stehen. Habe ich 24VDVC angelegt, dann konnte ich jeweils die Mikroschrittzahl um ein Intervall verkleinern, schätze also bei 40VDVC die mein Akkupack vollgeladen liefert, wird es noch besser.
Was also die Laufruhe deines Motors angeht, arbeite mit so viel Mikroschritten wie möglich und teste wie dein Motor sich verhält, damit du die Konfigurationen ermittelst wo dein Motor resonanzen hat die zu unruhigem Lauf führen. Außer bei Trinamic habe ich bei keinem Hersteller von so viele gutimplementierte Funktionen gesehen, aber gelernt, dass je höher die Mikroschrittzahl ist, desto ruhiger wird der Motor laufen und umso schneller kann man ihn drehen lassen. Was aber nur wenig über deinen Motor im Speziellen sagt. Leiste dir doch den StepRocker und spiele selber damit!
Was die Rampe angeht, ist, so denke ich eine sache die du mit einer Tabelle handhaben kannst! Solltest du z. B. Hardware PWM für die Schrittauslösung verwenden, dann musst die in einer Tabelle die Daten für den Counter speichern und unter Software Kontrolle mit der zeit wann du die PWM Counter mit neuen werten fütterst spielen, dass würde wohl die Rampe erzeugen. Im Trinamic wird das in Hardware gegossen angeboten. Aber lass dir nur sagen, dass bevor ich die Rampe überhaupt und die S-Funktion der Rampe aktiviert habe, habe ich die Geschwindigkeit von Hand langsam hochgefahren und konnte so auch das ganze Geschwindigkeitsprofil fahren. Es kommt halt nur darauf an, dass die Veränderungsgröße der Geschwindigkeit, und die damit ausgelöste EMK, gering gehalten wird. Diese größere bandbrreite der möglichen Konfigurationen lässt dich dann ein geschwindigkeitsprofil in deiner Anwendung finden, welches die höchste mögliche Laufruhe auweisen tut. es ist wirklich so, man kann mit unterschiedlichen Konfigurationen, Versorgungsspannung, Anzahl der Mikroschritte und taktrate der Stepfolge (Geschwindigkeit) gleiche oder fast geiche drehzahlen erreichen und so jene meiden die zu Laufunruhe führen!

Ich hoffe die Info hilft! Ich stehe vor der Herausforderung die schaltung zu entwickeln, welche dem StepRocker entspricht. Ich neige dazu von den AVRs von Atmel wegzugehen und stattdessen die ARM von NXP verwenden. Das hat mehrere Gründe. Erstens kann die Taktrate, bis 72MHz gefahren werden, statt den 20MHz oder 32MHz der Xmegas. Zweites gibt es von NXP die LPCxpresso boards, sehr preiswert zu beziehen, so dass ich damit die Software-Entwicklung auf der kostenlosen IDE durchführen kann und das ganze Testen. Drittens habe ich je nach Typ auch zusätzliche Funktionalität, z. B. leistungsfähige MUL Anweisungen. da steht mir diesen Herbst und Winter interessante Entwicklungsarbeit ins Haus. ich werde 2 typen entwickeln, die eine wo die MOSFETS im IC integriert sind, denke dabei an einen ARM M0 als Controller, und einen mit externen MOSFETS für die großen Schrittmotoren.
Jetzt warte ich darauf, das von Mädler die Zahnscheiben in Riemen kommen, dann werde ich als erstes meine Versuche für den Traveller fahren, also Trapezspindel mit schraube die in einer wanne zwischen 2 Endschaltern fährt und einen weiteren Mikroschalter in der Mittelstellung hat. Nahc de Versuchen mit dem StepRocker werde ich die erste Schaltung mit dem 1343 machen.



Hier ein Bild des StepRocker. Das große IC ist der Controller von Samsung, die zwei kleinen rechts etwas höhere sind der TMC262 und der TMC429 und rechts die 4 das sind die MOSFETS. Der TMC260 hat 4 Mosfets on board, der hier verwendete ist für externe Mosfets gemacht. ich habe die links zu reeichelt hinterlegt. ich werde also so was aufbauen, aber den Samsung durch einen NXP arm Controller ersetzen.