Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Der Chopper Betrieb beim L297
Kurzfassung zum Control Signal des L297:
nach: http://www.alltronics.com/download/1734.pdf
Das Signal Control bestimmt die Betriebsart für den Chopper
Mit Control=high wird die Betriebsart Phasen chopping ausgewählt. Langsames Abklingen des Stroms
Mit Control=low wird die Betriebsart Inhibit chopping ausgewählt. Schnelles Abklingen des Stroms
Phase chopping und Inhibit chopping
Der Chopper kann auf die Phasenleitungen oder auf die Inhibit Leitungen wirken. Mit dem Eingangssignal Control wird entschieden welche Betriebsart gewählt wird. Für unipolare Motoren wird immer Inhibit chopping verwendet, bei bipolaren Motoren kann man zwischen Phasen Chopping und Inhibit Chopping wählen. Welche Betriebsart einzusetzen ist, wird hier erläutert.
Zunächst wird phasen chopping betrachtet.
Es wird ein 2phasen Bipolar Motor betrieben, die Transistoren T1 und T4 sind leitend und der Strom fließt über T1, die Spule, T4 und über den Shunt (roter Pfad). Erreicht die Spannung am Shunt Vref dann wird der Transistor T4 gesperrt. Der Strom in der Spule klingt nun langsam ab, denn die Spannung die er überwinden muss ergibt sich aus der Flussspannung der Diode D3 und der Sättigungsspannug des Transistors T1 (grüner Pfad).
Ein Sperren des Transistors T1 wäre grundsätzlich auch möglich, dann würde der Strom nicht im oberen Teil sondern im unteren Teil der Brücke weiterfließen. Hier müsste er aber zusätzlich über den Shunt fließen, was zusätzlich Leistung erfordern würde.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=749
Die Alternative ist Inhibit chopping
Wieder wird von den leitenden Transistoren T1 und T4 ausgegangen (roter Pfad). Beim Erreichen von Vref am Shunt werden nun aber die beiden Transistoren gesperrt. Dem Strom bleibt nun nur der blaue Pfad über die Dioden D2 und D3 und über die Versorgungsspannung, die ja bis zu 46 V betragen kann. Damit klingt der Strom sehr schnell ab und es wird eine schnelle Änderung des eingestellten Stroms ermöglicht.
Der Vorteil der anderen Betriebsart Phasen chopping liegt in dem langsamen Abklingen des Stroms für den Fall, dass die Chopperfrequenz nicht ausreichend hoch gewählt werden kann. Sollen in einem System mit mehreren Motoren alle synchron mit chopper betrieben werden, dann käme ein Motor, der nur wenig Energie speichert, in einen Betrieb mit Stromlücken in dem er nicht effizient arbeiten kann.
Manfred
Danke Manfred, auf die Art versteh ich es auch. haben wir das auch in der Wiki ?
Es kommt sicher da rein, aber es ist bisher nur eine Seite mit Schrittmotoren, die sicher auseinanderfällt wenn ich es draufpacke.
Ich wollte es erst mal festhalten.
Manfred
Merci Manfred,
Ich hatte wirklich aufgegeben, es zu vertsehen.Dank dir ist es jetzt Klar.
Vielen Vieln Dank
Es steht jetzt übrigens im Wiki unter PWM. Es kamen wirklich schon viele Fragen zu dem Thema.
Manfred
_deftone_
01.10.2006, 18:50
sorry für rauskramen des alten Threads.
finde es aber sinnvoll hier zu fragen, weil dann oben gleich alle Infos stehen
ich möchte einen Bipolaren Schrittmotor mit L297/L298 mit Phasen Chopping betreiben.
Kann ich dann die Inhibit-Pins des L297 und die Enable-Pins des L298 offen lassen?
Ich sehe im Augenblick keine Funktion für diese Pins
sirnoname
13.06.2007, 12:54
Sorry, wenn ich da jetzt eine Frage reinwerfe:
Ich verwende den L297 als SteuerIC und zwei L6203 als Treiberendstufen
um einen bipolaren Stepper zu betreiben. Diesem fehlen aber die Dioden
am Ausgang, desshalb komme ich hier mit dieser Beschreibung nicht ganz zurecht. (Ok, der Endtransisitor hat seine Schotky Diode)
Ich verwende im Momment die Inhibit Steuerung, diese müsste wegen
der fehlenden Dioden aber gerade nicht funktionieren, da der Strom nicht
abfliessen kann.
Was ist da drann ? Sollte ich umsteigen auf Phasen Chopping ?
Wäre dies hier sozusagen generell verkehrt ?
Der Chopper Betrieb realisiert eine Ansteuerung mit vorgegebenen Strömen.
Die Versorgugsspannung ist so groß, dass der Strom über den Sollwert ansteigt dann wird abgeschaltet und der Strom fließt über die Dioden weiter und klingt dabei ab.
Ohne Dioden oder eine entsprechende Schaltung zum Weiterfließen des Stroms geht es nicht.
Manfred
sirnoname
13.06.2007, 18:03
Ich habe gerade festgestellt, das ein L298 eine Transistorendstufe ist,
wohingegen das L6203 einen Mosfet mit integrierter Schottky Diode hat.
Damit sollte das Problem der fehlenden Dioden behoben sein.
Nun zurück zur Inhibit Ansteuerung:
Ich fahre mit 3 kHz, da sollte doch Grundsätzlich ein schnelles Abführen
des Stromes gefragt sein ? Oder irre ich mich da ?
Also sollte ein Phase Chopping hier falsch sein.
Gruss
sirnoname
Welchen Wert hat denn die elektrische Zeitkonstante der Motorwickung?
Die, Zusammen mit der PWM Frequenz bestimmt ja, ob der Strom stark schwankt oder Lücken bekommt.
Manfred
sirnoname
13.06.2007, 18:38
Ich glaube man kann die Zeitkonstante irgendwie aus der Induktivität bestimmen ?
Sorry, im Datenblatt ist sie nicht aufgeführt, aber 1,6mH als Induktivität.
Kann man damit etwas anfangen ?
Leider habe ich einen unipolaren Stepper im seriellen bipolaren Betrieb,
wodurch sich die serielle Induktivität erhöhen sollte ?
Die Zeitkonstante ist L/R.
Beim seriellen Betrieb sollte sich R verdoppeln und L vervierfachen.
Manfred
sirnoname
13.06.2007, 19:28
Danke für diese konkreten Beispiele :)
Ich habe demnach: L = 1,6mH R = 1,9 Ohm (pro Wicklung steht im Datenblatt)
Also ist die Zeitkonstante (1,6mH*4) / (1,9Ohm*2) = 0,001684 Henry/Ohm.
Die PWM Frequenz ergibt sich aus dem RC Glied am L297, denk ich mir.
Ich habe 0815: 3,3nF 22kOhm = 2,2kHz PWM Periode
Wie geht es nun weiter ?
Dass ein Henry pro Ohm eine Sekunde ist hast Du sicher bemerkt.
Die Zeitkonstante ist 1,68 ms und die Periodendauer ist 0,45 ms, etwa ein Viertel der Zeitkonstanten.
Wenn die Betriebsspannung nur doppelt so groß ist wie der Phasenstrom geteilt durch den Spulenwiderstand dann wird das schnelle Inhibitchopping noch gehen.
Ist die Betriebsspannung größer, dann werden die Stromänderungen recht groß und man sollte sich das Phasenchopping überlegen.
Es liegt wohl im Übergangsbereich und es werden beide Betriebsarten möglich sein. So kritisch ist der Übergangsbereich nicht.
Manfred
sirnoname
13.06.2007, 22:00
Endlich jemand der mich näher an die Materie bringt ;)
Deine Posts bezüglich der Wärmeentwicklung sind bei uns auch schon auf
reges Interesse gestossen ... scheint als würdest du dich sehr gut auskennen :)
Lassen wir doch noch einmal ein paar Zahlen tanzen.
Bei uns sagen wir zu den L/R auch OhmSekunden, belassen wir es bei Sekunden.
Die Periodendauer von 2,2kHz Chopperoszillator Eingang ist 0,45 ms.
Die Zeitkonstante ist 1,68 ms.
Die Betriebsspannung ist 48Volt, auf dem Motor steht 3,4Volt 1,8 Ampere.
Im Datenblatt wird die Geschwindigkeitstabelle bei 48 Volt und 1,2 Ampere angegeben.
Dann wäre da noch die pipolare Serienschaltung = 6,8 Volt.
Der Spulenwiederstand ist 2*1,9 Ohm also 3,8 Ohm.
Phasenstrom 1,8 Ampere (oder falsch?) / 3,8 Ohm = 0,47 ?
Die Betriebsspannung ist also 96 mal so gross ?
Ich denke eher sie ist 7 mal so gross ?
Wo ist da mein Denkfehler ?
Gruss
sirnoname
Den Strom kannst Du anhand der Nenndaten für die ohmsche Verlustleistung, beispielsweise für den unipoaren Betrieb, festlegen.
Bei seriellem bipolarem Betrieb hat man dann bei gleicher ohmscher Verlustleistung und gleichem Moment den halben Strom.
Dann kann man abschätzen wie schnell der Strom ansteigt und abklingt. Es ist recht komplex wenn man noch induzierte Spannung abhängig von der Bewegung des Motor und dem Lastmoment einbezieht.
Grob geschätzt ist man bei 48V, dem 7 fachen des ohmschen Spannungsabfalls, bei sehr großen Stomänderungen. Man könnte dann die PWM Frequenz bis 5 kHz heraufsetzen oder vielleich besser das Phasenchopping einsetzen.
Um welche maxiamle Schrittfrequenz geht es eigentlich?
Manfred
sirnoname
13.06.2007, 22:55
Wir gehen im Momment bis 2,8 kHz, wollen aber die 3 kHz noch durch Optimieren überrunden.
3kHz Schrittfrequenz bei 2,2kHz PWM, naja warum nicht.
Die Schrittperiode ist 1/5 der Zeitkonstanten und der ohmsche Spannungsabfall ist 1/7 der Versorgungsspannung. Man hat also noch etwas Antrieb aber eher ohne viel Lastmoment.
Wenn die Schrittfrequenz möglichst hoch sein soll dann würde ich eher bei fast-decay also Inhibit bleiben und die PWM-Frequenz hoch setzen.
Wonach wurden die Motoren denn ausgesucht?
Manfred
sirnoname
14.06.2007, 08:05
Wonach wurden die Motoren denn ausgesucht?
Wurden empfohlen, naja es hiess es gibt nix besseres :(
Man hat also noch etwas Antrieb aber eher ohne viel Lastmoment.
Das ist eines der Probleme, die ich gerne beseitigt hätte. Wir sind nur in den
höheren Frequenzen 1 kHz bis 3kHz unterwegs.
Wenn ich es richtig verstehe müsste man quasi eine variable Schrittfrequenz
für die PWM haben um in den unteren Schrittfrequenzen eine langsame PWM
zu haben und in den höheren eine PWM Frequenz größer der Schrittfrequenz.
Oder gibt es eine Faustregel zum Verhältniss der Zeitkonstanten zu PWM Schrittperiode (in Abhängigkeit der Schrittfrequenz) ?
Gruss
sirnoname
ps. die Anderen meinten ich sollte einen Link zu der aktuellen Lage setzen.
Da wäre dann ein Video mit dem aktuellem Verhalten des Motors und
einer akustischen Hörprobe ;)
http://www.x-simulator.de/forum/simforcegt-diy-usb-stepper-control-interface-wip-t420.html
Um hier nicht off Topic zu geraten würde ich gerne einen extra Thread hier aufmachen ...
Die PWM soll ausreichend hoch sein.
Ich habe aber noch keinen Einblick in den Hintergrund und das Umfeld:
Warum wird ein unipolarer Stepper bipolar eingesetzt? Ein Stepper der nicht im Datenblatt mit Kennlinienfeld beschrieben ist?
Weil es sich um eine spontane Bastellösung handelt? Gut, das wäre zu verstehen.
So sieht es aber nicht aus, erzähle doch einmal etwas dazu.
Manfred
sirnoname
14.06.2007, 09:27
Gerne,
das Ziel des Projektes ist es einen Aktuator mit Schrittmotor zu bauen,
der dem Aktuator des sogenannten Frex Simulators entspricht. Diese
Vorgabe also verwendet sogenannte SCN5 Aktuatoren von Diadic.
http://www.automation4less.com/servact1.htm
Diese werden wiederum durch eine intelligente Elektronik angesteuert, die
vom Simulatorentwickler stammt und zwei davon ansteuert.
Nachdem diese Aktuatoren aus Fernost kommen und auch der Simulator
nicht wirklich erschwingllich ist versuchen wir uns selbst.
Ebenso sind natürlich einige Verbesserungen eingeflossen ;)
Die Schrittmotoren sind wie gesagt so empfohlen worden. (Ich wollte was anderes)
Die Kennlinien sind bei Nanotec zu bekommen:
http://www.nanotec.de/downloads/pdf/617/Kennlinie-L4218L1806.pdf
http://www.nanotec.de/downloads/pdf/1675/trapezspindel.pdf
http://www.nanotec.de/page_product__linearaktuatoren_mit_trapezspindel__ de.html
Bipolar, weil es dadurch angeblich schneller wird. (so empfohlen im Datenblatt !)
Es ist im Prinzip eine Bastellösung, weil wir schnell ans Ziel kommen wollen, auch weil es jeder nachbauen können sollte.
Für die ersten Versuche wird die Schaltung auch Funktionieren aber
ich hätte gerne einmal die volle Ausbeute gespürt.
Desweiteren juckt es mich ein Applikation zu entwickeln, die aus den
Grunddaten des Motors eine Änderung der PWM Frequenz und des
Shunt Wiederstandes vorschlägt.
Ich vergass zu erwähnen, das das Interesse recht hoch ist und wir sehr
viele Nachbauwillige haben :)
Ah ja, also doch Markenware.
Das macht die Sache übersichtlicher.
http://www.nanotec.de/downloads/pdf/617/Kennlinie-L4218L1806.pdf
Der Antrieb mit der 5mm Steigung hat beispielsweise die halbe maximale Kraft bei 120mm/s das sind 24 Umdrehungen/s und mit 1,8°/step 4800 Steps/s.
Jetzt die Frage warum werden die bisher nicht erreicht?
In den vergleichenden Diagrammen für die Schrittmotoren sieht man immer wie die Kurve mit 48V bei hohen Drehzahlen mehr Moment bringt als die Kurve mit 24V.
Also mehr Spannung: 48V ist eine magische Grenze, (per Vorschrift) also sollte man sie an weniger Windungen arbeiten lassen. Bei unipolarem Betrieb liegen die 48V an einer Wicklungshälfte, setzt man die gleichen Motoren bipolar ein dann ergeben sich bei den thermischen Verlusten ein paar Prozent Vorteil aber die Spannung pro Windung ist halb so groß.
Versuche mal die Zuordnung der Kurven im Bild 4218L1806T5x5, es ist etwas unübersichtlich wegen der kurzen Linien in der Legende.
http://www.nanotec.de/downloads/pdf/1675/trapezspindel.pdf
Interessant ist auch der Satz unter der Tabelle in der der 4218L1806T5x5 mit 250mm/s also doppelt so schnell wie oben angegeben ist:
alle Angaben beziehen sich auf 1 Wicklungshälfte bzw. unipolar, siehe Seite 5.
Manfred
egoexpress
14.06.2007, 17:59
Die Auswahl der Motoren wurde aufgrund der bauartbedingten Besonderheit dieser Aktuatoren getroffen.
Sie wandeln mit Hilfe einer integrierten Trapezgewindemutter die Drehbewegung des Motors sogleich in eine lineare Bewegung der Spindel um.
Wesentlich einfacher als eine Kugelgewindeführung zu planen.
Diese Tatsache, und die fadenscheinigen Kennlinienangaben des "Marken"-Herstellers bewogen uns dazu, diese Antriebe zu benutzen.
Aber bei genauem Hinsehen, fallen nun leider Unregelmäßigkeiten auf.
Z.b die Spindelsteigung und die Leistungsdaten.
Bei 1,8°/Schritt scheint es unmöglich mit einem Spindelvorschub von 0,05mm innerhalb einer Umdrehung 5mm fortzuschreiten.
Aber genau das gibt aber die T5x5 Spindel vor!?
Denn 360°/1,8° gibt bei mir 200Schritte/Umdrehung.
Sollte die Spindelsteigung/Schritt also in der Nanotec Tabelle nicht 0,025mm/Schritt lauten? (Genauso wie bei dem kleine L28* Modell!?)
Dann ist die Leistung eines gleichen Motorenmodells laut Kennlinenblättern mit verschieden, teilweise, so wie Du schon festgestellt hast, doppelt so hohen Werten angegeben!? Ok, es scheint als das es eine Rolle spielt, mit welchem Treiber diese angefahren werden. Aber die Abweichungen der Kennblätter sind schon enorm.
Auf einem steht 100mm/s max, auf einem anderen kann man ablesen, dass der Aktuator mühlos 300mm/s Vorschub schafft^^
Aber ich will dieses Thema nun nicht weiter in diesem Thread hier vertiefen.
@Manf
Vielen Dank, dass Du uns mit Deinen durchaus wertvollen Ratschlägen unterstüzt
Gruss
ego
Vielen Dank auch für diesen Input, man muss ja auch mal hören wie die Stimmung so ist.
Oft ist es so, dass wenn man so unterschiedliche Angaben findet, das man beim genaueren Studieren noch einiges lernt, wie der Hersteller das meißt in bester Absicht zusammengestellt hat. Welche unterschiedlichen Randbedingungen es gibt und wie groß die Streuung der Messungen sein kann.
Ich halte Nanotech für seriös, vor allem geben sie auch recht detaillierte Daten und auch Preise an. Deshalb greife ich in Beispielen immer gerne auf die Unterlagen zurück.
Falls die Auflösung feiner sein sollte als angegeben hätte ich weniger Schwierigkeiten damit. Auch Halbschritte können fast immer sehr einfach und sauber angesteuert werden.
Ich will dann noch einmal auf die Geschwindigkeiten eingehen. Ein Teil des Problems liegt ganz sicher an der Versorgungsspannung pro Windung. Hier wird ein Faktor 2 wirksam werden.
Vielleicht hat der gute alte L297 auch eine Schwäche beim PWM. Das Thema sollten wir dann eben noch mal gemeinsam durchgehen.
Wenn wir dann 0,0125 mm mit Halbschritten schaffen und 200mm/s bei halber maximaler Kraft und gelernt haben warum dann hätte sich der Aufwand gelohnt.
Manfred
egoexpress
14.06.2007, 19:17
Falls die Auflösung feiner sein sollte als angegeben hätte ich weniger Schwierigkeiten damit
Womöglich ist es wirklich ein Tippfehler in der Tabelle.
Für Leute wie uns, die versuchen die Geheimnisse der Schrittmotorenesteuerung zu ergründen, stellen solche Abweichungen eine sehr große Hürde dar. Da man natürlich aufgrund seiner eigenen, vagen Kenntnisse der Sachlage, natürlich immer davon ausgeht, dass der Fehler bei einem selbst zu finden ist. Manchmal täuscht man sich da aber. So scheinbar auch in diesem Fall^^
Die Unregelmäßigkeiten in den Kennlinien haben mir schon einige schlaflose google Nächte bereitet^^
Freut mich, dass wir Dein Interesse wecken konnten. Ich verweise Dich jetzt lieber an Sirnoname, unserem Elektonik-Experten.
Wollte nur mal eben die Auswahl der Motoren rechtfertigen ;)
Gruss
ego
Yossarian
14.06.2007, 19:26
Hallo
@egoexpress
Wo steht denn, daß der Motor 1.8° Schrittwinkel hat?
Nanotec gibt nur den Hub pro Schritt an, da der Schrittwinkel in diesem Fall eigentlich nicht interessiert.Wenn also 0,05mm Vorschub je Schritt bei 5mm Steigung erreicht werden, wird der Motor 3,6° pro Schritt machen.
Mit freundlichen Grüßen
Benno
egoexpress
14.06.2007, 19:35
Hallo Benno
Weil mir ein Nanotec Mitarbeiter, soweit ich mich erinnere, am Telefon versichert hat, dass die #18 gleich hinter dem L42* bedeutet, dass der Motor 1,8° Schritt haben soll.
Ich glaube ich habe noch eine Typenschlüssel-Legende von Nanotec als jpg irgendwo auf der Festplatte.
Ich schau mal eben nach...
Gruss
ego
Yossarian
14.06.2007, 19:58
Hallo
die #18 gleich hinter dem L42* bedeutet, dass der Motor 1,8° Schritt
Dann dürfte es sich wohl um einen Druckfehler handeln.
Wenn ihr schon einen Motor bei der Hand habt, gebt doch zweihundert Schritte drauf und meßt den Weg.Damit dürfte der Schrittwinkel bekannt sein.
Um Resonanzen zu vermeiden, sollte aber wenigstens im Halbschritt gefahren werden.
Mit freundlichen Grüßen
Benno
egoexpress
14.06.2007, 20:15
Typenschlüssel finde ich gerade nicht. Aber beispielweise hat ein L4209 einen Schrittwinkel von 0,9° im Vollschritt. Siehe hier:
http://www.nanotec.de/page_product__st4209__de.html
Aber das Verfahren, dass Du vorschlägst, wird es mit Sicherheit klären.
Gruss
ego
sirnoname
14.06.2007, 21:52
Da hast du jetzt ein Haar in unsere Suppe geworfen.
Ich habe erstmal einen Knopf in der Steuersoftware für den 1 Sekunden
Antrieb eingebaut und kann deine Rechnung bestätigen. ca. 75mm/s bei 3kHz
So, nun bin ich natürlich wieder Meilen vom Ziel entfernt -> '#$?'§'§'##peep
Nun weiss ich auch, warum mein Encoder 800 Schritte pro Umdrehung auswirft.
Nun, irgendwann sind wohl die maximalen Frequenzen der Bauteile ausgereizt.
Beim L6203 sind es maximal 100kHz ;)
Beim L297 sollten es 1 Mhz clock sein ?
Also zurück zur PWM:
Die Schrittperiode ist 1/5 der Zeitkonstanten und der ohmsche Spannungsabfall ist 1/7 der Versorgungsspannung. Man hat also noch etwas Antrieb aber eher ohne viel Lastmoment.
Wir haben bei 1/5 Zeitkonstannte irgendetwas mit 8,7 Volt errechnet.
Dann müsste der Spannungsabfall ca. 1/5 der Versorgungsspannung sein.
Wie errechne ich die PWM Frequenz ?
f= 1/0.69 *R*C ist nur später zum bestimmen der Bauteile gut.
Mich würde die geforderte PWM Frequenz für einen 5 kHz Betrieb
interessieren. Sind das Erfahrungswerte oder bezieht sich das auf 1/5 Zeitkonstante ?
Also zum technischen Teil:
Ich hatte oben 2 Punkte angesprochen:
1.)Unterschiedliche Angeben zur maximalen Geschwindigkeit des T5X5.
2.) PWM des L297
Zu 1.) die beiden Quellen die in
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=290541#290541
aufgegriffen wurden:
Beim ersten Digramm in dem auch der T5X5 enthalten ist liegt die halbe maximale Kraft bei ca. 120 mm/s.
Bei der anderen Darstellung wird die maximale Geschwindigkeit mit 250 mm/s angegeben.
In der ersten Quelle steht aber auch in der Überschrift "1,2A serial" und in der zweiten Quelle steht "alle Angaben beziehen sich auf eine Wicklungshälfte bzw unipolar."
Damit ist die Spannung pro Windung bei 250mm/s doppelt so groß wie bei "serial". Das erscheint in der Relation sinnvoll.
Absolut ist es aber höher als der erreichte Wert. Dazu in Punkt 2.) (folgt)
Manfred
egoexpress
14.06.2007, 22:16
@Benno
Sirnoname hat mal eben einen Fortschritts-Tesbutton in seine Speed-Test Applikation eingefügt.
Bei 1 Sek und 1khz bewegt sich der Aktuator nun um 25mm/s.
Was letztendlich bedeutet, dass der Fortschritt 0,025mm/Schritt ist, und nicht etwa wie die angegebenen 0,05mm/Schritt.
Das ist jezt sehr ungünstig für uns!
Gruss
ego
sirnoname
15.06.2007, 08:05
Zum Thema Inhibit oder Phase Chopping:
Kaum hat man ein anderes Datenblatt, finden sich wieder altbekannte Sätze.
So steht im ST Thomson Datenblatt auf Seite 12:
http://micromouse.cannock.ac.uk/motors/L297.pdf
das die Zweite schnellere Entlade-Methode (denke Inhibit) für schnelle
Anwendungen im bipolaren Betrieb gut sei und die einzige Möglichkeit
für den Unipolaren Betrieb sei.
Was nun für die Jungs "schnell" ist wird nicht erwähnt, denn die
Diagramme haben keine Zeitangaben.
Warum bei anderen Herstellern diese Informationen verschwiegen werden
erschliesst sich mir nur dadurch, das diese Behauptungen bei ST evtl. sehr
gewagt und verallgemeinert sind ?
Leider, leider auch hier kein Wort zur PWM Frequenz :(
(naja, bis auf: es gibt sie an Pin 16)
Dann weiter mit dem L297.
@sirnoname: Damit es schneller geht könntest Du ja die Messung schon einmal machen, ich komme zur Zeit schlecht dazu.
Es sieht so aus, wie wenn die Einschaltung des Stroms stets nur durch den clock des L297 (das PWM Signal) vorgenommen wird. Dafür spricht vor allem auch die Beschreibung mit der Synchronisation mehrerer L297 zur Unterdrückung von Störungen.
Solange die PWM Frequenz deutlich höher ist als die Schrittfrequenz, hat das kaum eine Wirkung. Eine konstante Verzögerung der Einschaltung des Stroms gegenüber der Schrittflanke ist auch ohne Bedeutung und wirkt sich nur auf die Phasenlage des Schrittsignals aus.
Bei einem "ungeraden" Verhältnis von PWM Freuqenz und Schrittfrequenz wird sich aber das Einschalten mit dem PWM Signal (ohne Synchronisation auf das Schrittsignal) als ein Jitter des Schrittsignals mit einer Amplitude von bis zu einer Periodendauer des PWM Signals auswirken. Bei einem solchen Jitter kann der Motor nicht mehr mit voller Kraft laufen.
Ist die Schrittfrequenz dann höher als die PWM Frequenz dann wird es unter den angenommenen Bedingungen auch zu Verlusten von Schritten kommen.
Zur Messung kann man das Stromsignal am Shunt mit dem Oszilloskop auf Jitter prüfen während man die Schrittfrequenz langsam über den Wert der PWM Frequenz erhöht.
Falls die Annahme zutrifft wäre als nächstes die PWM Frequenz auf über 5kHz zu erhöhen, vielleicht 8kHz um dann die maximale Schrittfrequenz zu messen.
Manfred
Überschnitten mit posting von 9:05, in jedem Fall sehe ich die Messung des Jitters als nächsten Schritt.
sirnoname
15.06.2007, 13:59
Findige Leute habe es bestimmt bemerkt:
Richtig, die PWM Frequenz mit einem 3,3nF und einem 22kOhm
ergibt nicht 2,2kHz sondern ca. 22kHz. Ein Verschreiber meinerseits ...
Ich fahre also bereits mit 22kHz !
So langsam haben wir ja dann das Umfeld zusammen. O:)
Es gibt eine einstellbare Schrittfrequenz und der Motor schafft bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit den eingestellten Wert. Ab ca. 3kHz macht er es nicht mehr.
Die Kennlinienfelder sind ja statisch, wenn der Motor es bis zu knapp der doppelten Geschwindigkeit schaffen soll, (also 75mm/s geschafft, ca. 120mm/s Sollwert mit serieller Ansteuerung) dann wird er nicht gleichzeitig auf seinen Maximalwert springen können.
Man sollte ihm eine Rampe oder ein paar Stufen geben.
Wie sieht es bis jetzt damit aus?
Manfred
sirnoname
15.06.2007, 16:35
Wir haben eine einstellbare Rampe, die auf der Schrittfrequenz
aufliegt und 100% zeitig addiert bzw. subdrahiert.
Wird auch im Video gezeigt bzw. man hörts :)
Gruss
sirnoname
Es gibt dann eine Reihe von Möglichkeiten das Umfeld der Geschwindigkeitsgrenze zu ergründen:
Die Spannung kontrollieren auf Einbrüche, Resonanzen.
Den Verlauf des Stromanstiegs erst einmal nur kontrollieren.
Bei vertikalem Aktautor mit Last-Gewicht positive und negative Kraft bei Hin und Rückweg zu addieren um einen stetigen Abfall der Kraft mit der Geschwindigkeit, von einer Resonanzstelle bei einer bestimmten Geschwindigkeit zu unterscheiden.
Bei dem im Diagramm dafür angegebenen Strom jeweils nur eine Windungshälfte betreiben und die Grenzgeschwindigkeit messen, vergleichen.
Hast Du genau einen Motor oder zwei die sich beide ähnlich verhalten?
Manfred
sirnoname
15.06.2007, 20:29
Hi,
hab jetzt ausprobiert, was passiert wenn ich die PWM OSC Frequenz auf
50 kHz erhöhe. Es wird vom Prinzip besser und ich komme locker über
3,2 Khz. Leider raucht nun das "snooper network" ziemlich bald auf.
Das befindet sich am Ausgang vom L6203:
http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/1373.pdf
Ich hab auch nicht wirklich eine Ahnung was für Komponenten das sein
sollen ? Dürfen sie Heiss werden ? Muss es ein Lastwiederstand sein.
Bis jetzt hatte ich 10 Ohm Kohlewiederstand drinne. (leicht heiss geworden)
Errechnen lässt er sich anscheinend durch R=Uvss/I.
Bei 1,2 Ampere und 48 Volt wären das 40 Ohm.
Bis jetzt waren dort 10 Ohm, aber auch 50 Ohm rauchen sofort bei erhöhter
PWM auf. Scheint als würden dort Ströme eliminiert ;)
Solche Artikel:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=23625
behandeln zwar das Problem, aber lösen es leider nicht.
Denn weglassen werde ich ihn nicht.
http://homepages.which.net/~paul.hills/Emc/Snubbers.html
Die Spannung kontrollieren auf Einbrüche, Resonanzen.
Den Verlauf des Stromanstiegs erst einmal nur kontrollieren.
Geht das? Hast Du ein Oszilloskop zur Verfügung?
Der Motor ist mit den Spulenhälften seriell angeschlossen?
Der Strom wird wohl auf 1,2A geregelt werden?
Wie groß ist denn der Shuntwiderstand?
An ihm sollten nur ein bis wenige Volt abfallen.
Manfred
sirnoname
15.06.2007, 20:53
Jaja, eins nach dem anderen ;)
Der Motor ist weiterhin seriell angeschlossen.
Der Strom wird über einen 0,5 Ohm Shunt und 0,6V Vref auf 1,2 Ampere gehalten.
Allerdings meide ich Messungen bei denen ich nicht aussagen kann
was ich eigentlich sehe. Ich werde eine verschliffene Schrittfrequenz sehen
mit Einbrüchen der PWM. Wie kann ich da was über Spannungseinbrüche
sagen ? Naja, werd ein Pic machen.
sirnoname
15.06.2007, 21:26
Bitte nicht wundern, warum da einiges ins negative geht, hab es erst später
gesehen, das ich mal wieder kalibrieren sollte ;)
Yossarian
15.06.2007, 23:02
Hallo
Also als PWM Frequenz würde ich es nicht bezeichnen, das ist etwas irreführend.Hier handelt es sich um die Chopperfrequenz. Ich könnte den gewünschten Strom über eine Pulsweitenmodulation einstellen. In der Regel wird aber mit dem 297 nicht die Pulsweite moduliert, sondern die Schaltsequenz vorgegeben.Wenn die Brücke eingeschaltet wird, steigt der Strom im Motor langsam an( Zeitkonstante Motor). Ist der Sollwert(vorgegeben durch die Referenzspannung und detektiert durch den Sensewiderstand)erreicht, setzt der Komparator das FlipFlop zurück.Nach einer festen Zeit (durch RC am 297 festgelegt) wird das FlipFlop wieder gesetzt und der Strom kann wieder fließen.
Die Chopperfrequenz wird normalerweise auf ca. 20kHz festgelegt. Das wird durch die RC Kombination am 297 bestimmt.Die Chopperfrequenz unnötig höher zu machen erhöht im allgemeinen nur die Schaltverluste und die Eisenverluste im Motor.
Ob der Strom im fast decay oder im slow decay Modus abgebaut wird, ist im Halbschrittbetrieb noch nicht so gravierend. Fast Decay ergibt eine höhere Stromwelligkeit und damit höhere Geräuschentwicklung.
Bei diesen Motoren, 24V und Trapezspindel sind Zahlen von 5 bis 10 Umdrehungen/s schon gute Werte.Es ist natürlich eine Frage des geforderten Drehmoments.
Mit freundlichen Grüßen
Benno
sirnoname
15.06.2007, 23:46
Ich habe hier gerade recht merkwürdige Effekte.
Zum Versuch habe ich die Control Leitung auf Phase Chopping umgestrickt,
also auf 5 Volt gelegt. Nun rennt der Motor wie verückt los, mit wesentlich mehr
als 200mm/s. Der Hacken ist nur: ich gebe als Schrittfrequenz 500 bis 1000 Hz
rein und er macht selbständig, was er will. Also Richtungswechsel, Hyperspeed und ist dabei recht leise und kräftig. Die Schrittfrequenz wird "fast" ignoriert, wenn sie unter 300Hz fällt wackelt der Motor nur ein wenig.
Also bis auf die Tatsache, das ich ihn nun nicht mehr kontrollieren kann echt super !
Es zeigt, das es schneller geht, wie auch immer.
Mein erster Gedanke war es einen Kondensator über den L297 zu legen, ohne Erfolg.
Übrigens bleibt der Rest ziemlich kalt, auch das Snubbernetzwerk.
Nun bin ich recht ratlos ??
Scheint eine extreme Störung zu sein, aber die Speed will ich haben !
Er hält nun auch die Possition ohne dieses merkwürdige Zischen.
Ja, bei 0Hz hab ich ihn unter Kontrolle ;)
sirnoname
16.06.2007, 00:00
Danke für die Infos. Hab mal ein wenig mit der Google Bildersuche die
Aufbauten angeschaut mit L6203. Nachdem die Snubbernetzwerke IMMER
mit 10 Ohm ausgestattet sind wird wohl das mit dem Erhöhen der OSC Frequenz ein schlechter
Schachzug gewesen sein. Denn sie verwenden alle einen 1/4 Watt Wiederstand.
Ich habe mir schon viele Tuts durchgelesen und das mit dem FlipFlop und der
resultierenden 10kHz Periode der PWM verstanden. Das mit der Schaltsequenz ergibt Sinn.
Wir haben übrigens Vollschritt. Bei Halbschritt hatte ich wenig Erfolg in Sachen
Geschwindigkeit. Die Geräuschentwicklung ist aber ein Thema !
Das Drehmoment denken wir uns mal so wie im Datenblatt ;)
Mist, eine neue Seite, lest bitte die vorgehende Seite ...
Gruss
sirnoname
Das selbständige Laufen des Motors spricht für Störungen die wohl durch den Aufbau bedingt sind. Darum geht es beim Kontrollieren der Versorgungsspannung und der Spannung am Shunt.
Die Versorgungsspanung soll möglichst wenig einbrechen, hier kann man mit Abblocken und mit kurzer Leitungsführung viel erreichen.
Die Spannung am Shunt ist ja relativ klein und sollte im Kurvenverlauf nachvollziehbar sein. Hier haben kleine Störungen auf der Masseleitung schon eine große Wirkung.
Die Werte an dem Diagrammen der Messung wirst Du sicher selbst kennen, kalibrieren ist auchnicht schlecht.
Beim Choppen handelt es sich übrigens tatsächlich um eine Pulsweitenmodulation, die Bezeichnung PWM Freuqenz kann man daher auch verwenden.
Manfred
sirnoname
16.06.2007, 12:07
Hi,
die Versorgungsspannungen sind sauber, auch keine Spikes.
Man muss dazusagen, das ein 5V AC-DC Wandler Netzteil für die
Elektronik verwendet wird und noch duch 100µF und 100nF auf der Platine gesichert wird.
Wenn der Fall der Selbstcontrolle eintritt sind jedoch am Shunt viele
kleine Spikes im Negativen Beriech zu sehen und zwar mit der PWM
Frequenz. Nachdem ich irgendwo mal über MOSFETs gelesen habe das
diese langsame Dioden verbaut haben, habe ich am Ausgang nochmal
Dioden gegen Masse geschalten. Das hatte dann den gewünschten Effekt
das er nicht mehr von alleine Fährt sondern genauso wie vorher mit
Inhibit Steuerung.
Nun bleibt aber weiterhin das Problem, das ich nicht über 2kHz hinauskomme.
Der Motor hält nun ohne Geräausche, die Fahrt ist auch wesentlich ruhiger.
Aber ich habe auch gute 800 Hz anf Geschwindigkeit verloren.
Nun wäre also die Frage, ob es nicht andere Dioden sein sollten als 1N4001 ?
Yossarian
16.06.2007, 13:40
Hallo
1N400x sind wenig geeignet. Besser sind Ultra Fast oder Schottky Dioden.
Z.B BYV27
Für schnelles fahren braucht man viel Spannung.
Mit freundlichen Grüßen
Benno
Wenn der Einbau von 1N4001 Dioden dazu führt, dass die Steuerung sich im phase mode nicht mehr selbständig macht, dann ist das ja ein deutliches Zeichen für Störungen im Logikteil. (... die sicher mit den Dioden nicht behoben sind.)
Andererseits spricht ja dann auch vieles dafür, dass durch Entstörung das Verhalten deutlich verbessert werden kann.
Wie gesagt sind schnelle Dioden sehr viel besser geeignet, die 1N4001 sollte man eigentlich gleich wieder herausnehmen.
Zur Untersuchung der Störungen ist es gut, sich die Platine vorzunemen und zu sehen, auf welchen Wegen der Logikteil mit Spannung versorgt wird und auf welchen Wegen die Motorströme fließen. Gemeinsame Wege, also die Masseverbindungen sind kritisch.
Eine sternförmige Anordnung der Masse zu einem gemeinsamen Bezugspunkt ist grundsätzlich zu empfehlen.
Sicher wird dann, wenn es kritisch ist, auch mehr als ein 100nF Kondensator einzusetzen sein.
Lange oder dünne Leitungen zu den Shunts sind ganz sicher problematisch denn sie führen zu höherem Spannungsabfall auch durch ihre Induktivität. Die Spannungsversorgung der Motoren mit den Leitungen kann auch durch ihren ohmschen und induktiven Widerstand zu Leistungsabfall führen.
Bei der Prüfung der Leitungen kann man auch experimentell ein paar zusätzliche Leitungen führen und sehen ob sich das Verhalten verbessert. Auf der sicheren Seite ist man erst dann, wenn man auf dem einen oder anderen Weg die Schwachstelle(n) gefunden und so systematisch wie möglich beseitigt hat. Erkennbare Spikes sind dabei sicher auch ein guter Anhaltspunkt.
Manfred
Yossarian
16.06.2007, 14:58
Hallo
Drahtwiderstände -zumal gewickelte- haben Induktivitäten, die zu Spikes führen und damit den Strom 'fälschen' können.
Ein paar 'dicke' Elkos für die Motorspannung in der Nähe der Endstufen sind ebenfalls hilfreich.
Mit freundlichen Grüßen
Benno
sirnoname
17.06.2007, 00:07
Ein paar 'dicke' Elkos für die Motorspannung in der Nähe der Endstufen sind ebenfalls hilfreich.
Hab ich, ich denke mir aber, das es sich hier wie bei einem DC-DC Wandler
wirklich um die Dioden handelt, die schnell genug schalten müssen.
Schön wäre es, wenn mir jemand 0815 Dioden nennen könnte die dies
hervorragend bewältigen können.
48 Volt / 1,5 bis 2 Ampere und "schnell".
Im Datenblatt steht was von einer BYW98 mit 35 ns recovery time.
Was eine 1N4001 hat, hab ich bis jetzt nicht gefunden. (oder sind das tatsächlich 8,3ms ?)
Ich vermute, das die negativen Spikes der Vref den L297 durcheinander
bringen und zu dem Verhalten führen. Evtl auch die überhalb.
Da wäre sowieso noch die Frage offen, ob ich nicht mit einer Z-Diode
alles über 1-5 Volt blocken sollte um den Vref Eingang des L297 zu schützen. (max Vref ist bei mir 0,6 Volt)
Dann müsste dies auch eine schnelle Z-Diode sein.
Gruss
sirnoname
SB360 ist relativ preiswert, BYV27 ist handlicher, es gibt die ST Diodenarrays L6210. Sieh noch mal im Datenblatt nach ob sie auch passen.
Bei dem kompakten Aufbau sind die Spikes zu eliminieren oder so deutlich zu begrenzen, dass ein Schutz gegen die Spannung am Shunt nicht erforderlich sein sollte.
Manfred
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