Schrittmotor stottert

[wilhelml]

Hallo allerseits,

folgendes Scenario laeuft einwandfrei:

Stepper:


http://www.pollin.de/shop/dt/NTQ1OTg2OTk-/Motoren/Schrittmotoren/Schrittmotor_PSM57BYGHM201_0_9_.html

Chinaboard mit TB6560AHQ Strombegrenzung auf 0.6 A

Netzteil 24 Volt,2.5A


Das ganze treibt 12mm Trapezspindeln an.

Erhoehe ich die Strombegrenzung am Kontroller, dann neigt die Geschichte zum stottern.
Haette eigentlich das gegenteilige Verhalten erwartet.

Das Netzteil zeigt noch kein Ansprechen der Strombegrenzung.

Was habe ich nicht verstanden?

[Kabelkasper]

die 2,4A Netzteil-Maximalstrom sind möglicherweise für Sekundenbruchteile nicht ausreichend, kurzzeitig kann deine Schaltung durchaus viel mehr Strom als die eingestellten 0,6A benötigen. Daher und auch wegen des möglichen Energierückflusses beim Bremsen sollte ein 'dicker' Elko am Netzteil-Ausgang (eigentlich am Treiber-Eingang) vorhanden sein.

Häufig kann man nicht nur den Schrittmodus und den Maximalstrom, sondern auch das Strom-Aubbauverhalten in den Windungen mit Schaltern beeinflussen (current decay mode).

Aber möglicherweise ist elektrisch alles ok, aber der Motor ist an seinem Drehmomentmaximum angekommen, dann verliert er schon mal Schritte.
warum das aber erst bei Anheben der Stromgrenze passiert kann ich auch nicht erklären...
KK

[wilhelml]

Danke Kasper

fuer den Tipp der Strompeaks. Werd ich dann mal ein paar Millifaraeder an den Treiber anklemmen ( die Elkos auf dem Board sind in der Tat vielleicht ein wenig klein) und danach eventuell mit der decay rate spielen.

ciao
Wilhelm

[wilhelml]

Meine Ratlosigkeit waechst,

Habe 4700 uF direkt an das Stepper-Board geklemmt, die einzelnen Treiber Chips sind on board mit je 470uF gepuffert.

Kein Effekt.

Habe alle Decayeinstellungen durchprobiert.
Kein Effekt.

Habe alle Stromlimits durchprobiert.
Kein Effekt.

Haette doch erwartet dass die Frequenz des Stottereinsatzpunktes mit dem Stromlimit variiert.
Aber es scheint so zu sein, dass bei 0.6 Ampere bis zur Pulsfrequenz von 4000 Hz (software limit) keinerlei Probleme auftreten( decay beliebig).

Sowie jedoch ein anderes Stromlimit eingestellt wird, liegt der Einsatzpunktes des Schluckaufs konstant bei 2900 Hz unabhaengig von den sonstigen Parametern.

Bin dankbar fuer jegliche Ideen !

[ranke]

Sowie jedoch ein anderes Stromlimit eingestellt wird, liegt der Einsatzpunktes des Schluckaufs konstant bei 2900 Hz unabhaengig von den sonstigen Parametern.


Ich würde hier am wahrscheinlichsten eine mechanische Resonanz vermuten. Dafür spricht, dass die Störung (mechanische Eigenfrequenz) unabhängig von der elektrischen Einstellung ist. Bei stark begrenzten Strom ist die Energiezufuhr ins System zu gering um die Schwingung unkontrolliert werden zu lassen (d.h. die interne Reibung genügt um die Amplitude hinreichend zu begrenzen). Sobald Du mehr Leistung zulässt, schwingt sich das System soweit auf, dass Schrittte überfahren werden und der Läufer außer Takt kommt.
Häufig bessert sich das, wenn der Motor eine mechanische Last (Reibung) bekommt. Falls Du den Motor momentan frei drehen läßt kann es sein, dass das Problem weg ist, sobald der Motor an der Maschine angeflanscht ist und du die Trapezspindel angekoppelt hast (hier kann die zusätzliche Reibung der Trapezspindel ein Vorteil gegenüber einer Kugelumlaufspindel sein).

[wilhelml]

Danke Ranke !

Ich schliesse aus Deinen Ausfuehrungen, dass Stepper Resonanzen im Arbeitsbereich haben.
Gilt das generell, oder nur fuer schlecht gebaute oder konstruierte Motoren?
Und wie kann ich einem Datenblatt entnehmen, wo diese Resonanzen liegen?

Ich habe den Eindruck, dass meine 12 mm Spindeln nicht besonders leichtgaengig sind.
Also durchaus schon eine Daempfung darstellen.

Aber dein Tipp, veranlasst mich, ein wenig mit unbelasteten Motoren und Mechanikvariationen zu spielen. Als erstes werde ich dann mal die Schlauchkupplungen durch starre ersetzen.Und die Motorbefestigungen von Gewindestangen als Abstandshalter auf Holzbretter umstellen.

ciao
Wilhelm

[ranke]

Ich bin sicher kein Spezialist für Schrittmotoren, habe in der Vergangenheit aber auch schon solche Probleme gehabt (mit qualitativ hochwertigen Motoren). Ich erkläre es mir so:
Stellt man sich einen stehenden Schrittmotor mit beliebiger Bestromung vor, dann steht der Läufer - sofern er kein Moment abgibt - genau auf dem Sollwinkel der zu der Bestromung passt. Bringt man von außen ein Moment auf, dann verdreht sich der Läufer geringfügig. Läßt man dann los, wird er eine gedämpfte Schwingung um den Sollwinkel ausführen, ähnlich wie ein Federpendel, nur dass hier die elastische Feder durch Magnetkraft ersetzt ist. Die Frequenz dieser Schwingung hängt vom Schwungmoment des Läufers und den magnetischen Rückstellkräften ab, ist also mehr oder weniger bauartbedingt, also eine Eigenfrequenz des Motors.
Wird der Motor im Betrieb (speziell mit wenig mechanischer Reibung) elektrisch mit der Eigenfrequenz (oder einer Frequenz mit Anteilen der Eigenfrequenz, also z.B. einer Vielfachen, einem Bruchteil) bestromt, dann wird die oben erwähnte Schwingung um den Sollwinkel elektrisch angeregt. Wenn wenig Reibung da ist um die Schwingung zu dämpfen dann wird sie sich schnell soweit aufschaukeln bis ein Schrittverlust eintritt.
Die von Dir geplanten mechanischen Maßnahmen halte ich für richtig. Elektrisch kann man noch versuchen möglichst sinusförmig (also Mikroschritt) anzusteuern, das macht der Treiber aber schon, soweit ich es gesehen habe. Möglicherweise könnte man elektrisch noch versuchen bestimmte Frequenzen zu unterdrücken (z.B. durch Frequenzfilter), aber ob das Stand der Technik ist, weiss ich nicht.

[wilhelml]

Vielen Dank Ranke,

fuer die ausfuehrlichen Erlaeuterungen. Diese "physikalische" Betrachtungsweise scheint mir auch sehr plausibel zu sein. Leider kann ich nicht so ohne weiteres auf einen Sinusbetrieb umstellen, da meine Software (EMC2/linuxcnc) bei hoeheren Steppfrequenzen auch bald ins Straucheln geraet. So bleibe ich wohl bei Halbschrittbetrieb.Die Aufloesung ist fuer eine Holzfraese ohnehin bereits uebertrieben und fuer so nen Hobbybetrieb reicht ja auch eine Geschwindigkeit von ein paar cm/sec .

Aber nu ist erst mal wieder spielen angesagt.

ciao
Wilhelm

[wilhelml]

Hallo ,

hier ein kleines update zum Motorstottern.

Die Resonanzen zeigten sich auch an den ausgebauten Motoren. Dabei konnten nun auch bei etwas geringeren Pulsfrequenzen bereits leichte Rauhigkeiten beobachtet werden.

Nachdem die Motoren deutlich starrer befestigt wurden (statt Gewindestangen nun ueber 18mm Druckerplatten) und fester angekoppelt wurden lassen sich die Motoren auch bei staerkeren
Stroemen als 0,6 A mit Pulsfrequenzen bis zu 4 kHz betreiben.
Durch die haertere Befestigung sind nun allerdings die Anforderungen an die Justierung gestiegen, so dass im Augenblick der Arbeitsbereich etwas eingeschraenkt ist. Ich hoffe das aber demnaechst durch Nachjustieren der Lager beheben zu koennen.

Rankes Erklaerungen scheinen mir also durch die Praxis bestaetigt worden zu sein.

Gruss
Wilhelm

[Ostermann]

Rankes Erklärungen sind in der Tat zutreffend. Ergänzend könnte man sich mal den Strom vom Netzteil zur Endstufe ansehen. In dem Moment, wo du einen höheren Motorstrom einstellst, verlangst du ja auch dem Netzteil mehr Leistung ab. Wenn dann im falschen Moment die Spannung einbricht, verliert der Motor u.U. deutlich an Drehmoment.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

[wilhelml]

Hallo Thorsten,

wie bereits weiter oben im thread erwaehnt, gibt das Netztteil keinen Hinweis auf ein Begrenzungsproblem. Allerdings handelt es sich hier ja um relativ traege Anzeigen. Strom/Spannungs LCD Panelmeter und Strombegrenzungs LED.
Bei meinen Spielereien in Holz betraegt der angezeigte Strom fuer 4 Motoren nur 1 bis 1,6 Ampere.
Beim Betrieb kaum mehr als im Stillstand. Daher ist der Drang auf ein staerkeres Netzteil umzusteigen ziemlich begrenzt. Und so arbeite ich zur Zeit an einem provisorischen 200 Watt Netzteil nur sehr halbherzig.
Urspruenglich hatte ich gedacht , dass ich fuer vier Motoren so etwa 20 Ampere vorsehen sollte aber die bisherige Praxis scheint das nicht offensichtlich zu fordern, daher mein Zwischenschritt mit 200 Watt. Ich habe auch die urspruenglichen Luefter an den Motoren wieder abgeschaltet bzw abgebaut.

Aber Danke nochmal fuer den Hinweis auf den Strom,vielleicht befluegelt es ja meine Arbeit am Netzteil.
Gruss
wilhelm

[Ostermann]

OK, das muss ich überlesen haben. Dann scheint es tatsächlich mehr ein Resonanzproblem zu sein. Das das auch bei demontierten Motoren auftritt, ist logisch, da ja die gesammte Dämpfung durch die Last entfällt. Wenn Du noch mehr zum Thema Resonanz lesen willst, findest Du in meinem Blog einen längeren Artikel dazu:
http://www.schrittmotor-blog.de/?tag=resonanz

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

[wilhelml]

Danke fuer den Hinweis