Как выбрать драйвер мотора

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Драйвер шагового двигателя: принцип работы, особенности, как выбрать драйвер

Как управлять шаговым двигателем

Стандартный шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет две обмотки. Если в системе используется биполярный драйвер, вращение достигается путем подачи определенной последовательности сигналов прямого и обратного тока через две обмотки. Таким образом, для биполярного шагового двигателя требуется H-мост для каждой обмотки. В униполярном приводе используются четыре отдельных драйвера, и они не должны иметь возможность подавать ток в обоих направлениях: центр обмотки представляется как отдельное соединение двигателя, а каждый драйвер обеспечивает ток, протекающий от центра обмотки к концу обмотки. Ток, связанный с каждым драйвером, всегда течет в одном и том же направлении.

На рисунке выше представлен биполярный шаговый двигатель (слева) и униполярный (справа). Направление протекания тока в однополярной системе указывает на то, что центр каждой обмотки подключен к напряжению питания двигателя.

Универсальные микросхемы для управления шаговым двигателем

Первое, что нужно иметь в виду – это то, что микросхемы, предназначенные для основных функций управления двигателем могут использоваться с шаговыми двигателями. Вам не нужна микросхема, которая специально помечена или продается как устройство управления шаговым двигателем. Если вы используете биполярный привод, вам нужно два H-моста на шаговый двигатель; Если вы используете однополярный подход, вам нужно четыре драйвера для одного двигателя, но каждый драйвер может быть одним транзистором, потому что все, что вы делаете, это включаете и выключаете ток, а не меняете его направление.

Примером компонента в категории «универсальная микросхема» является DRV8803 от Texas Instruments. Это устройство описано как «драйверное решение для любого приложения переключения нижнего плеча».

В таком устройстве центр обмоток шагового двигателя подключен к напряжению питания, а к обмоткам подается питание путем включения транзисторов нижнего плеча, чтобы они позволяли току течь от источника питания через половину обмотки, далее через транзистор и на землю.

Подход с использованием универсальной микросхемы удобен, если у вас уже есть опыт работы с подходящим драйвером – вы можете сэкономить несколько долларов, повторно использовав старый компонент, или сэкономить время (и уменьшить вероятность ошибок проектирования), включив известную и проверенную микросхему в вашу цепь управления шаговым двигателем. Но более сложная микросхема может обеспечить расширенную функциональность и упростить задачу проектирования, поэтому предпочтительнее взять шаговый драйвер с дополнительными функциями.

Полнофункциональные драйверы шаговых двигателей

Высокоинтегрированные контроллеры шагового двигателя могут значительно сократить объем проектных работ, связанных с применением более мощных шаговых двигателей. Первая полезная особенность, которая приходит на ум – это автоматическая генерация управляющей последовательности, т.е. способность преобразовывать прямые входные сигналы управления двигателем в требуемые последовательности сигналов. Давайте рассмотрим L6208 от STMicroelectronics, в качестве примера.

Вместо логических входов, которые напрямую контролируют ток, подаваемый на обмотки двигателя, L6208 имеет:

  • Вывод, который выбирает между полушагом и полным шагом.
  • Вывод, который задает направление вращения.
  • Вывод «синхроимпульса», который заставляет внутренний конечный автомат управления двигателем меняться на один шаг при появлении фронта сигнала.
Читайте также:  Лодочные моторы при отрицательной температуре

Этот интерфейс гораздо более интуитивно понятен, чем фактические последовательности включения и выключения, которые применяются к транзисторам, подключенным к обмоткам (пример которых приведен ниже).

Это последовательность для управления биполярным шаговым двигателем. «A» и «B» относятся к двум обмоткам, а столбцы «Q» указывают состояние транзисторов, управляющих током обмотки.

Микрошаги

Как следует из названия, функция микрошага заставляет шаговый двигатель выполнять вращение, которое значительно меньше одного шага. Это может быть 1/4 шага или 1/256 шага или где-то посередине. Микрошаг гарантирует точное позиционирование двигателя и обеспечивает более плавное вращение. В некоторых приложениях микрошаг совершенно не нужен. Однако, если ваша система может извлечь выгоду из чрезвычайно точного позиционирования, более плавного вращения или уменьшения механического шума, вам следует рассмотреть возможность использования микросхемы драйвера с возможностью организации микрошагов.

TMC2202 от Trinamic является примером микрошагового контроллера шагового двигателя.

Размер шага может быть всего лишь 1/32 от полного шага, также здесь есть некоторая функциональность интерполяции, которая обеспечивает «полную плавность 256 микрошагов». Эта микросхема также дает вам представление о том, насколько сложным может быть шаговый драйвер – он имеет интерфейс UART для управления и диагностики, специализированный алгоритм драйвера, который улучшает работу в режиме ожидания и низкоскоростную работу, а также различные другие вещи, о которых вы можете прочитать в 81-страничной документации на TMC2202.

Заключение

Если у вас есть микроконтроллер для генерации последовательностей для управления шаговым двигателем и достаточно времени и мотивации для написания надежного кода, вы можете управлять шаговым двигателем с помощью дискретных полевых транзисторов. Тем не менее, почти во всех ситуациях предпочтительнее использовать какую-либо микросхему, и, поскольку на выбор имеется так много устройств и функций, у вас не должно возникнуть особых проблем с поиском компонента, подходящего для вашего приложения.

Источник

Выбор и настройка драйвера шагового двигателя

Данный цикл статей относится к настройке шаговых двигателей — с данной задаче сталкивается любой ЧПУ-шник. Для базы мы будем брать настройку драйверов для 3D-принтера, но по факту правила подойдут к любому станку. Итак, поехали.

  • Часть 1 — Вводная статья, выбор драйвера шагового двигателя
  • Часть 2 — Подключения драйверов к различным платам:
    • Часть 2.1 Установка перемычек на платы RAMPS и MKS GEN L в режиме DIR STEP
    • Часть 2.2 Установка перемычек на платы MKS SGEN L, BIGTREETECH SKR в режиме DIR STEP
    • Часть 2.3 Режимы SPI и UART (в процессе написания)
  • Часть 3 — Настройка VRef (в процессе написания)
  • Часть 4 — UART (в процессе написания)
  • Часть 5 — обзор самых популярных драйверов (в процессе написания)

1. ВЫБОР ДРАЙВЕРА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

На что необходимо обратить внимание при выборе шагового двигателя:

  1. Режим его работы. Например, для осей X и Y степень вовлеченности шаговика будет максимальной (т.к. это основные координаты перемещений), а для оси Z — минимальной (в 3D принтерах единица движения по этой оси происходит только при смене слоя)
  2. Место использования. Тут всё просто — каковы ваши требования в части тишины. Если вы находитесь в производственном помещении, то требования к шуму будут небольшие. Если дома в отдельной комнате, то средние. Если в спальной — максимальные.
  3. Используемые двигатели. Данный пункт предполагает прямую зависимость по потреблению тока в ШД. Для мощных двигателей не подойдут слабые драйвера. И, конечно, слабым движкам нет никакой необходимости ставить «взрослые» драйвера.
  4. Точность позиционирования (или микрошаг). С одной стороны этот параметр показывает сколько необходимо сделать микрошагов на один полный шаг (1.8 градусов поворота вала или, иногда, 0.9) и по сути определяет точность. Кроме того, это понижает шум, снижает резонансы и увеличивает плавность движения. Но тут палка о двух концах — чем больше микрошагов, тем слабее момент удержания. Чтобы представить себе этот процесс, попробуйте зажать пальцами движок с режимом 1/16 и 1/256. В первом случае это сделать невозможно. Во втором достаточно легко (момент приблизительно = 1% от номинала). Кроме того, повышение микрошагов дает существенное повышение температуры, а значит мы постепенно приходим к необходимости усиления охлаждения драйверов. Ещё один интересный момент — увеличение количества микрошагов иногда является бессмысленным занятием. Для вала М6 при дроблении 1/16 мы получаем теоретическую точность позиционирования 300нм, что и так является некоторым маразмом для FDM принтеров. Т.е. на точность при выборе микрошага смотреть смысла нет.
Читайте также:  Первые моторы внутреннего сгорания

Итак, наши варианты:

Ось Z: это самая редко используемая ось в части количества перемещений. А значит шума от неё в любом случае будет мало. Для этой оси всегда подойдет самый простой A4988. Более того, этот драйвер имеет достаточно большой запас по току — стабильные 2А, а значит подойдет не только для стандартного движка 17HS4401 (1.7А), но и для более мощного 17HS8401. Не переплачивайте за драйвера на эту ось! В крайнем случае возьмите DRV8825 в режиме 1/32.

Ось X и Y: Если вам не принципиальны шумы, то берите A4988 (1/16) или DRV8825 в режиме 1/32. Для остальных случаев наша рекомендация TMC2208 или TCM2209 (1/32). Оба движка с запасом по току, но отличаются удивительной тишиной.

Экструдер: самая сложная часть. С одной стороны двигатель по экструдеру используется очень часто, а с другой стороны в основном эти движения крайне плавные. Исключение — ретракты. Если у вас боуден, то ретракты происходят не только часто, но и на большие расстояния (4-7мм). Если директ — на меньшие расстояния. Наш выбор — либо A4988, либо TMC2208/TMC2209 в зависимости от доступного вам бюджета.

2. ПОДКЛЮЧЕНИЕ И НАСТРОЙКА

В вводной статье мы просто опишем основные этапы того, что необходимо сделать. В рамках одной статьи физически не собрать всю информацию. В дальнейшем мы будем описывать правила установки для каждой платы (или серии плат) отдельно.

ВАЖНО: соблюдайте правила подключения, т.к. в противном случае вы спалите управляющую плату!

Перед подключением для начала правильно установите джамперы для установки микрошага. Обратите внимание, что для каждого вида драйвера свой порядок установки джамперов. Например, для драйвера DRV8825 и платы BIGTREETECH SKR 1.3 необходимо использовать следующую таблицу:

Следующим пунктом после установки джамперов является собственно установка самих драйверов. Правило очень простое — необходимо совместить пины драйвера с пинами платы. Как узнать какие пины где находятся? Элементарно — наберите в гугле «НАЗВАНИЕ_ПЛАТЫ PINOUT», выпишите на листке распиновку (достаточно будет выписать пины DIR и EN). Потом наберите «НАЗВАНИЕ_ДРАЙВЕРА PINOUT» и совместите на плате эти пины. Кроме того, можно ориентироваться по направлению подстроечного резистора (расположен на драйвере, похож на головку винта), с помощью которого мы дальше будем регулировать VRef.

Читайте также:  Фиат добло мотор характеристики

ВАЖНО: Не забудьте поставить на драйвер радиатор, т.к. драйвер — один из самых горячих модулей, а перегрев чреват пропусками шагов.

После установки драйвера необходимо правильно отрегулировать VRef. Это число зависит как от самого драйвера, так и от используемого мотора. Опять же — это отдельная статья. Мы также сделаем таблицу для различных драйверов и моторов. Ну, и последнее, что осталось сделать — при необходимости прописать выбранный драйвер в прошивке.

На сегодня всё, следите за обновлениями нашего блога.

С Уважением, Мастерская робототехники Human & Gears

Источник

КАК ВЫБРАТЬ ДРАЙВЕР ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Первый параметр , на который стоит обратить внимание, когда вы решили выбрать драйвер шагового двигателя – это сила тока , которую может обеспечить драйвер. Зачастую она регулируется в достаточно широких пределах, но стоит брать драйвер, который может выдавать ток, равный току фазы выбранного шагового двигателя. Желательно, чтобы максимальная сила тока была на 15-40% больше — понадобится, если захотите получить больший момент или в будущем поставите более мощный двигатель.

Второй момент – это напряжение питания . Напряжение влияет на динамику, вибрации, нагрев. Обычно max напряжение питания драйвера примерно равно максимальному току I, умноженному на 8-10. Если указанное max напряжение резко отличается – стоит поинтересоваться почему.

Чем больше индуктивность двигателя — тем большее напряжение требуется. Существует формула U = 32 * sqrt(L), где L — индуктивность обмотки шагового двигателя. Величина U весьма приблизительная, но она позволяет ориентироваться при выборе драйвера: U должно примерно равняться max значению напряжения. Если U равно 70, то вам подойдут драйверы EM706, AM882 , YKC2608M-H .

Третий аспектналичие опторазвязанных входов . Практически во всех драйверах и контроллера есть опторазвязка . Если выбираете драйвер незнакомой модели, поинтересуйтесь наличием оптоизоляции входов и выходов.

Четвертый аспектналичие механизмов подавления резонанса . Резонанс шагового двигателя – обычное являение, разница только в резонансной частоте, которая прежде всего зависит от момента инерции нагрузки, питания драйвера и установленной силы тока фазы мотора. При резонансе шаговик начинает вибрировать и терять крутящий момент. Для подавления резонанса используется микрошаг и встроенные алгоритмы компенсации резонанса. Механизм подавления резонанса встроен во все драйверы Leadshine серий DM, AM и EM. Если бюджет позволяет – лучше брать именно такие.

Пятый аспектпротокольная часть . Убедитесь, что драйвер работает по нужному протоколу, а уровни входных сигналов совместимы с требуемыми логическими уровнями. Подавляющее число драйверов работает по протоколу STEP/DIR/ENABLE и совместимо с уровнем сигналов 0..5 В, вам надо только лишь на всякий случай убедиться.

Шестой аспектналичие микрошаговых режимов . Почти в каждом драйвере они есть. Чем больше деление шага, тем плавней движение вала мотора и меньше резонанс. Соответственно, при прочих равных условиях стоит использовать деление чем больше, тем лучше.

Седьмой, и самый важный аспекткачество драйвера . На рынке множество предложений, и иногда характеристики драйверов двух производителей совпадают до запятой, а установив их по очереди на станок, становится ясно, что один из производителей явно занимается не своим делом, и в производстве недорогих утюгов ему больше повезет. Определить качество драйвера заранее новичку достаточно трудно. Можно попробовать ориентироваться на количество интеллектуальных функций, таких как «stall detect» или подавление резонанса и ориентироваться на бренды.

Источник

Поделиться с друзьями