Я провожу эксперимент, в котором мне нужно повернуть легкий диск (<5 грамм, поэтому очень низкий крутящий момент и довольно медленно), но мне нужно делать очень точные, точные шаги в 0,03 градуса.
Примерно так (здесь показан прямой привод, но я открыт для других опций, как описано ниже):
Какие из следующих настроек / подходов к двигателю будут наиболее вероятными для моей цели?
Типичный шаговый двигатель (скажем, с шагом 1,8 градуса) и, возможно, использование 128-шагового шага? Тем не менее, в этой статье говорится, что микроэтап будет достигать только разрешение, но не точность.
Шаговый двигатель с планетарной коробкой передач (соотношение 51: 1), как в этом примере , или он будет страдать от слишком сильного люфта?
Бесщеточный двигатель постоянного тока вместе с магнитным поворотным энкодером, таким как AS5048 (разрешение 14 бит), и написать свою собственную ПИД-петлю для достижения желаемой позиции?
Шаговый двигатель в сочетании с магнитным поворотным энкодером для отслеживания истинной ориентации и, следовательно, использования его в качестве обратной связи для корректировки против люфта в случае с редуктором (подход № 2) или против пропущенных шагов в случае микрошагового переключения (подход № 1)?
Или какой-то другой подход?
Примечание: я читал, что существуют сервоприводы промышленного класса, которые могут с комфортом достичь цели 0,03 градуса, но это выход из моего бюджета, поэтому я надеялся на более дешевое решение за счет настройки и обучения.
источник
Ответы:
Я дам вам несколько советов, но первое, что вам нужно сделать, это помнить, что вы пробуете что-то, что может оказаться за пределами ваших способностей. .03 градуса (1/2 миллирадиана или 2 минуты дуги) требует большой осторожности и, вероятно, доступа к хорошей механической мастерской.
В целях:
1) Вы правы, опасаясь микрошагов. Это просто не даст вам точности, которую вы хотите. Статья совершенно правильная.
2) Хорошо подойдет степпер с каким-то редуктором. Но вам понадобится высокоточная коробка передач, и они не будут дешевыми. Будет трудно найти коробку передач, которая сделана с учетом ваших потребностей с низким крутящим моментом, низкой скоростью и высокой точностью. Вы не указали свое точное использование, но имейте в виду, что, если вам не требуется разворот движения во время работы, ваши требования люфта в значительной степени исчезают. Как ответил wini_i, червячная передача будет хорошо работать, но помните, что ее установка требует значительной точности.
3) Двигатель с энкодером возможен, но есть несколько проблем. Самое большое, что вам нужен кодировщик с разрешением по крайней мере в два раза превышающим ваши системные требования. Трудность с цифровым энкодером заключается в том, что если вал начинает дрейфовать из-за крутящего момента двигателя, вы не узнаете об этом, пока энкодер не сделает шаг. Затем он может сместиться в другую сторону, пока не сделает обратный шаг, и т. Д. В результате, создание системы стабильного позиционирования с таким кодером является чрезвычайно сложной задачей, и простой ПИД-регулятор не подходит. Кроме того, попытка накатить свой собственный кодер с устройства, такого как AS5048, имеет кучу проблем, о которых веб-сайт не упоминает. Главным из них является необходимость точного позиционирования центра чувствительной области относительно центра вала. Чем выше разрешение,
4) Степпер с кодировщиком звучит хорошо, но он не может компенсировать некоторые механические ошибки. В частности, это не может помочь с проблемами обратной реакции. Наиболее вероятным результатом такой системы является то, что она постоянно охотится между двумя положениями механического вала. Компенсация ошибок микроперехода возможна (что-то вроде, возможно), но трение и скос подшипника могут дать замечательные результаты, как люфт механизма.
5) Другое? Ну, может быть. Возможно, ваша система не нуждается в действии. Как насчет того, чтобы он вращался очень медленно и точно? В этом случае вам не нужен контур положения, а скорее контур скорости со скоростью, получаемой из инкрементального датчика (дешевле, чем параллельный датчик). В принципе, вы можете использовать диск, установленный непосредственно на валу двигателя, но сделать довольно массивный диск, инерция которого компенсирует такие помехи, как неровности подшипников или сбои двигателя.
Но давайте придерживаться шагового механизма. Я склонен согласиться с Дэниелом в том, что вам лучше всего выбрать ремень ГРМ и механизм ГРМ. С несколькими предостережениями. Вам понадобится как можно более точный шаг зубчатого ремня ГРМ, желательно серии MXL. Ваше разрешение в 0,03 градуса дает 12 000 шагов на оборот, что говорит о необходимости снижения 60: 1 с шагом 1,8 градуса. Это проблема. Если на моторном шкиве 10 зубьев, то на циферблате необходим 600 зубчатый шкив, и вы не найдете ни одного из них. Вам нужно будет попробовать один из двух подходов. Либо используйте двухэтапное сокращение, либо попробуйте что-то вроде микрошага x8 с последующим уменьшением 7,5: 1. Микрошаг x8 дает шаг мотора (номинально) 12,5% от нормы, и если точность мотора составляет 5%, с вами все будет в порядке. Вы' Вам также придется приложить усилия, чтобы поддерживать постоянное натяжение ремня, чтобы уменьшить люфт в системе. Вам нужно будет сделать хорошее жесткое крепление для мотора и циферблата, в который входит хороший механический цех. В зависимости от того, что прикреплено к циферблату, также важно получить идеально центрированный циферблат на валу. Тот факт, что у вас очень низкий крутящий момент, очень поможет.
источник
Червячная передача может позаботиться о том, что вы ищете. Выбирая размер зубчатых колес, вы можете контролировать разрешение, а контролируя сетку зубчатых колес, точность может быть гарантирована. Направьте диск червя для достижения наилучших результатов и добавьте кодировщик, который обеспечит необходимое разрешение.
источник
Гармоничный двигатель часто говорят, что он имеет нулевой люфт.
https://en.wikipedia.org/wiki/Harmonic_drive
источник
Самое простое, что можно сделать, - это использовать степпер с зубчатой передачей. У ремня будет некоторая пружина, но очень небольшой (нет?) Люфт.
Редактировать, вот так:
источник