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ステッピングモーターについてちょこっと考える。


少し興味深い動画があったので貼り付けさせていただきます。。





ステッピングモーターをロータリエンコーダーを使用してのクローズドループの位置制御の作成の動画です。
シリアル通信による位置コマンド送信での、位置制御のようです。
動画内リンクにて、ソースコードも公開されてます。


下記記事はあくまでも私の主観的な意見です。。


このような直接の数値を送信しての位置制御、NCコントローラー自体は位置制御をデータとして出力しているので、ある意味合理的ですが、NCコントローラーからの数値出力のタイミングだとか、「時間」に関する制御が単純でなくなるのと、コントローラーからの高速データ通信等が必要になり、遅延等々考慮しなければならないことが沢山あるので、あまり自作系NCでは採用されていませんが、NCコントローラーのソフトウエア部分から設計、作成出来るのであればパルス列でのデータ変換が必要ないので効率的だと思います。

また、STマイクロのL6470,80などの、コントロールにMCUが必要になるタイプのステッピングモータードライバは、そのようなコントロールの仕方を前提として作られているようです。


ではなぜ、オープンループでも結構な正確さで制御可能なステッピングモーターにロータリーエンコーダーとMCUを取り付けてクローズドループ制御が必要になるのでしょうか??


ステッピングモーターは脱調してしまうと、位置情報が欠落してしまいます。
これは、ステッピングモーターのステップを定規とし、オープンループのステッピングモーターが確実にステップを刻むことを前提なシステム上致し方ないことです。
対策としては脱調ギリギリのトルクでの駆動を避け、十分なトルクでの駆動をさせることと、フレーム自体の駆動に必要な力を下げることです。


2相励磁時、1-2相励磁時、ステッピングモーターの位置決めの精度、正確度はステッピングモーターコイル内側と、ローター外側に刻まれた歯の位置が合う様に励磁していくので、歯の加工精度に依存します。

マイクロステップの精度、正確度はコイルに掛かるA相B相の電流の比に依存します。
定電流制御式のステッピングモータードライバICなどは、電流検出抵抗を使用し電流量をフィードバック制御しています。
ですので、この電流検出抵抗の抵抗値に差があると、マイクロステップ時の確度が、ステッピングモータードライバIC内で設定された電気角とズレる事となります。
また、電流検出抵抗の差があると回転時にA相B相の2つの相に掛かる力に差が出来て滑らかに回らないこともあります。
これは、駆動時の音をよく聞くと解ることもあります。

お安い値段で販売されている某国製のモータードライバ基板、NC制御基板はその辺りビミョーで、、、。。

それと、これは既成品であるステッピングモーターを使う側ではどうしょうもないことですが、コイル自体の巻き方、抵抗値やインダクタンスが均等か?も、マイクロステップ駆動時の、、とゆう意味では、重要でないかと思われます。

2相ステッピングモーターの場合、2つの相の励磁のズレを利用して回転力を作り出していますが、この、2つの相のズレた間は、微妙に回転ムラと、トルクの落ち込みがあるように思います。特に高マイクロステップ時に1ステップに関しては前後のステップとの電流量の差が小さいため、外力によって実際に動いているのか不確定な事があります。
この事は、シマリス技研さんの記事、3Dプリンタつくってみてとゆう記事の最後に考察されてます。

回転角の誤差が累積していかないのが、ステッピングモーターの大きな利点の一つですが、駆動方式等々により、ある程度の幅を持った精度、正確度だと思われるので、ある一定以上の桁数以下の正確さは???な所があり、モーターメーカー製のモーターでさえ、ロータリエンコーダー付きのものを販売しており、正確な位置と脱調に対する保証をしています。
お手軽に入手出来る物はありませんが、5相ステッピングモーターは2相ステッピングモーターよりも相数が多い事もあり、トルクの落ち込みが少なく回転が滑らかです。


ステッピングモーター使用の3Dプリンタ等が可能な限りのマイクロステップの分解能から計算した分解能を謳っている場合がありますが、光学式リニアエンコーダーを使用し、位置を保証した最近の2Dのプリンタの分解能とは全く別物だと思われます。


あたりまえの事ですが、ステッピングモーター自体が不正確なわけではなく、駆動方式や使い方、モーターの選び方でかなり、精度や正確度は変わってくるのだと思います。
実際の所、半導体製造等にも使われているようですし、それなりの事をしようとすると、それなりの物、使い方をしなければ、その物の能力を十分に発揮させることは難しいのでしょう。。。


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テーマ : 自作・改造
ジャンル : コンピュータ

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Author:あきらひとし。
木工用CNCルーターフレームと、ステッピングモータードライバを作ってみました。
たぶん記事は一般的な人には殆ど必要のない事ばかりなの、かも。

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