Elektronische Lastmessung bei Schrittmotoren

Hallo zusammen,

ich bin auf Euren Thread gestossen und muss sagen, dass mich diese Thematik auch interessiert. Deshalb waren mir die hier zusammen gekommenen Beiträge Ansporn, an meiner Schaltung auch Messungen vorzunehmen.

Leider scheint der Thread in Vergessenheit geraten zu sein. Aber vllt. kann man ihn ja wieder beleben.
Mich würden die Ergebnisse interessieren, die Ihr mit Konstantstromtreibern (Choppertreiber) gemessen habt.

Zu Beginn habe ich die, in den vorhergehenden Posts geschriebenen, Vorschläge ausprobiert. Gemessen wurde der Versorgungsstrom aus der Spannungsquelle über einen Shunt in der Leistungszuleitung zum Schrittmotortreiber (Versorgungsspannung H-Brücken). Um die Verluste niedrig zu halten, habe ich für den Shunt einen sehr kleinen Widerstandswert genommen, was sich aber natürlich auf den Spannungsfall bei Last- und somit Stromänderung auswirkt. Dennoch konnten Änderungen des Stromes vom Leerlauf zum Belastungsfall beobachtet werden. Wie genau diese Messung machbar ist, kann ich leider ohne Messmittel (definiertes Lastmoment usw.) nicht abschätzen. Zumindest erkennt man einen Überlastfall, den Stillstand (Schrittverlust). Aber dann ist es ja schon zu spät. Deshalb experimentiere ich zur Zeit mit dem TMC246. Dieser hat ja bekanntlich die StallGuard- Funktion, die ich in Zukunft nutzen möchte.

Nachdem ich mir nun einen TMC 246 organisiert habe, stellt sich mir die Frage, ob dieser auch nach dem Prinzip der Phasenmessung (zwischen Vorgabe- und Rotorwinkel) arbeitet. Es ist ja auch ein Choppertreiber.
Vielleicht könntet Ihr ja für Eure Experimente diese Funktionalität der StallGuard-Messung nachbilden. Aus diesem StallGuard- Signal müsste sich doch annäherungsweise ein Lastwinkel und somit das relative Drehmoment ergeben bzw. berechnen lassen. D.h. man müsste doch sowohl die relative Rotorposition zum umlaufenden Statorfeld, als auch die momentane Belastung des Schrittmotors erhalten. Kann man jetzt den Schrittmotor nicht ähnlich der vektorfeldorientierten Regelung bei Servomotoren kommutieren, dass der Lastwinkel immer annähernd 90° beträgt und einem so immer 100% Drehmoment zur Verfügung steht? Also die Drehmomentschwankungen des Schrittmotors und die Resonsanzneigung zu minimieren oder ganz zu unterdrücken. Oder wie René meinte, lastabhängig Beschleunigungsrampen zu "regeln"?

Wenn ja, müsste man dann im Mikroschrittbetrieb, je nach Lastwinkel, Phasenstromwerte aus der Schritttabelle (Look-Up-Table) überspringen bzw. zurückspringen, um den elektrischen Winkel (Lastwinkel) immer auf annähernd 90° zu halten?


Sehe ich das richtig, oder ist mein Ansatz falsch?
Vielen Dank schon einmal für Eure Anregungen.

Grüße, Hari

PS: Ein Lob an René wegen des PDF´s!!! Eine sehr schöne Dokumentation!

[hari]

...sorry, hatte vergessen mich einzulogen.

Grüße, Hari

[E-Fan]

Wär es nicht auch möglich sich einen Encoder aus einer Strichscheibe und einer Gabellichtschranke zu bauen? Die Strichscheibe wird auf die Rotorwelle gesetzt und gibt damit direkte Auskunft über den Phasenwinkel des Rotors gegenüber der bestromten Wicklung.
Eine Strichscheibe kann man sich mit OpenOffice Draw, AutoCad, Corel und sonstwas für Programmen zeichen. Daraus "druckt" man sich eine PDF (mit hoher Auflösung), latscht zur nächsten Druckkerei die Filme ausbelichten kann (ein fertiger A4 Film kostet so um die 10 Euro) und klebt sich den Film auf eine Scheibe oder ähnliches und positioniert die Gablleichtschranke da hin wo sie gerade am besten passt.

Anbei mal soch eine Scheibe die ich mit OpenOffice in 3 Minuten gezeichnet habe. Sie ist für einen Schrittwinkel von 15° ausgelegt und soll nur eine Skizze darstellen.

[H.A.R.R.Y.]

@hari: Ganz vergessen ist der Thread noch nicht. Sobald ich meine Treiberplatine fertig habe, wird extensiv gemessen. Danach gibt es einen update zum PDF. Verwenden werde ich einen ATMEL AVR, diskrete MOSFETs und eine Vollschrittsequenz. Kein Mikroschritt. Konstantstromtreiber nehme ich nicht (Verluste), auch keinen Choppertreiber (HF-Störungen). Die Meßergebnisse vom PDF basieren auf einem ganz einfachen H-Brückentreiber (noch mit L293E), bei dem die jeweiligen Transistoren während der Schrittzeit voll durchgeschaltet sind. TMC246 ist mir nicht vertraut, interessiert mich auch nicht wegen der Eigenstromaufnahme. Der Motorstrom (gemittelte Summe) ist selbstverständlich abhängig von der abgeforderten Last (Drehmoment). Um das als Maß für kritische Lastmomente zu verwenden, benötigst Du aber auf jeden Fall die Motorkonstanten (I-Konstante) für die Kennlinie. Außerdem ist wegen der Wicklungsimpedanz der Motorstrom nicht nur vom Lastmoment sondern auch noch von der Drehzahl abhängig!
Danke auch für's Lob. Freut mich, daß es Dir gefallen hat.

@E-Fan: Der Zweck eines SM ist es eigentlich die zusätzlichen Überwachungen per Encoder-Scheibe überflüssig zu machen. Zugegeben, um den SM zu überwachen brauche ich ein Sensorsystem, damit ist es zusätzlicher Aufwand. Beim SM ist das Sensorsystem physikalisch bedingt gleich mit eingebaut und warum dann nicht auch gleich ausnutzen? Spart Gewicht, Platz, Bauteile und Energie.

Bei ATMEL habe ich vor kurzem auch noch eine Applikation gefunden, in der es um die Kommutierung von Brushless-DC-Motoren geht. Die sind eng mit den SM verwand und daher empfehle ich auch dort mal nachzulesen: http://www.atmel.com/products/AVR/mc/

[E-Fan]

Na wenn Du auf die 10mA der Gabellichtschranke und die zusätzlichen 10 Gramm Gewicht Wert legst haste natürlich recht.
Der Encoder würde vielleicht nen Haufen Rechenarbeit und Programmierzeit sparen. Erstere könnte man ja dann für andere Zwecke nutzen.

[hari]

@René: Sehr schön!!! Wäre schade gewesen, wenn dieser interessante Thread vergessen worden wäre. Ich bin schon gespannt auf deine Ergebnisse.
Du hattest ja erwähnt, dass du dann an das Lastmoment/den Lastwinkel angepasste Rampen fahren möchtest. Im Prinzip ist das genau das, was ich derzeit auch probiere. Jedoch muss ich mich nicht um die Messung der Phasenlage bzw. des Lastwinkels kümmern, das übernimmt für mich der TMC246. Ich versuche mittels des zurückgelieferten Lastwertes das Drehmoment (bei konstanter Geschwindigkeit) konstant zu halten, oder vielleicht realistischer, die Drehmomentschwankungen des Schrittmotors zu minimieren. Ich kann im Mikroschrittbetrieb sehr schön "resonanz- und ruckelfrei" (soweit man das von einem Schrittmotor sagen kann) verfahren, sobald aber eine Überlast auftritt vibriert der Motor sehr stark um ca. 4-Vollschritte. Dies führt zu Schlägen auf die Mechanik. Ich muss den Motor jedoch weitertakten, kann ihn also nicht einfach in dieser Stellung, in der die Überlast aufgetreten ist, bestromt stehen lassen. Jetzt versuche ich einen Lösungsansatz zu finden, wie ich diese Eigenart eines Schrittmotors über eine optimale sensorlose Ansteuerung (relatives Drehmoment annähernd 100% halten) minimieren kann.


Die Eigenstromaufnahme habe ich leider noch nicht gemessen. Aber ich kann sagen, dass der TMC246 bis jetzt der einzigste Schrittmotortreiber ist, der bei mir nicht heiss wird, und das bei einem Phasenstrom von bis zu I = 1,5A! L298 oder gängige Toshiba- oder Allegro-Treiber kannste dagegen vergessen!

Danke wegen des Atmel-Links. Ich habe auch einen vor langer Zeit mal gefunden, der dich interessieren dürfte. Vielleicht kennste den aber schon:
http://www.elektroniknet.de/topics/a...men/2003/0001/

@E-Fan: Hallo, vielen Dank für deinen Beitrag. Aber wie auch René geht es mir um eine "sensorlose" Überwachung und Regelung des Schrittmotors. Und eine einfache Selbstbaulichtschranke wird zum Erfassen des Phasenwinkels nicht ausreichen. Bei einem Schrittwinkel von 1.8° oder 0.9°
braucht man schon einen Encoder mit 500 Inkrementen, die man dann noch flankenauswertet (um auf 2000 Inkremente zu kommen). Ist aber trotzdem alles machbar. Aber mich reizt halt die encoderlose Variante.

Grüße, Hari

[hari]

Hallo, ich habe noch eine interessante Seite zu diesem Thema gefunden:

http://academic.csuohio.edu/embedded/motor_control.html

Die wollte ich euch nicht vorenthalten.

Grüße, Hari

[darwin.nuernberg]

Schrittverluste erkennen...
Wenn es nur darum geht zu erkennen ob ein Schritt verloren geht,
könnten die Treiber von Trinamic weiterhelfen.

Ich selbst bin immer wieder mal daran eine Schltung dafür zu entwickeln,
dann kommt wieder mal was dazischen oder ich habe einfach keine lust mehr.

Momentan eher mal wieder keine Lust und andere Dinge vorgeschoben.


Aber schau dir Doch mal das Datenblatt an:


TMC246

Smart Power Microstepping PWM Motor Driver
with sensorless stall detection (StallGuard™) protection,
diagnostics and SPI Interface

Bild hier  
http://www.trinamic.com/tmc/render.php?sess_pid=289

[hari]

@darwin:

Hallo Darwin, die TMC246 verwende ich schon. Trotzdem vielen Dank für den Tipp. Ich möchte nur versuchen, mit Hilfe des StallGuard-Signales eine Art feldorientierte Kommutierung für den Schrittmotor zu erreichen, um den Lastwinkel bzw. das Drehmoment möglichst konstant zu halten. Dann könnte ich mit dem Motor optimale Rampen fahren und vielleicht auch die bauartbedingten Drehmomentschwankungen minimieren. Das würde auch gleich einen positiven Effekt auf Resonanzen und Schrittverluste haben.

René versucht ja ähnliches, nur eben mit diskreten Bauteilen und eigener Auswertung im µC. Ich möchte aber gleich das StallGuard- Signal für die optimale Ansteuerung weiterverwenden. Ich bin nur noch nicht dahintergekommen, wie ich die Ansteuerung verändern muss, um den konstanten Lastwinkel (möglichst nah an 90° elektrisch) zu erreichen. Jedenfalls haben meine Experimente noch keine aussagekräftigen positiven Effekte gezeigt. Leider.

Aber wenn du auch mit den TMC "spielst", vielleicht fällt dir ja etwas dazu ein.

Grüße, Hari

[darwin.nuernberg]

Aber wenn du auch mit den TMC "spielst", vielleicht fällt dir ja etwas dazu ein.
Grüße, Hari

Spielen ist genau die richtige Bezeichnung.
Ich hänge immer noch am Layout, und das wird sich wohl die nächste Zeit auch nicht so schnell ändern.

Da kommen mir immer wieder Zweifel,
dann gefällt n´mir das Design nicht,
dann kommen wieder andere Fragen.

Irgendwie habe ich das mit dem TMC und dem SPI noch nicht ganz gefressen. Und dann kam Mr. Niemand und empahl mir mit den 428 als Interface zu verwenden, was mir für meine Anforderung drei Achsen steuerung) natürlich entgegen kam.

Also wieder neu angefangen und momentan bei seite gelegt (schöpferische Inspirationsphase )

Ohkäih?