Brushless Trifase E Controllo Passo Passo

[olometabolo]

Sono affascinato dalle cnc e mi sono sempre domandato perche al posto dei motori passo passo non si usino dei brushless trifase (in open loop) visto che apparentemente é possibile controllarli come dei passo passo.

Saro grato a chi vorra spiegarmi le ragioni di non convenienza di questa scelta.

Grazie

[Livio Orsini]

La ragione principale è che chi usa arduino lo fa per diletto o per studio, mentre chi fa un lavoro professionale vuole avere la massima affidabilità e sicurezza.

I motori passo - passo nelle applicazioni CNC professionali sono controllati in modo vettoriale ed ad anello chiuso. Almeno nelle macchine serie.

[olometabolo]

Capisco perfettamente il ragionamento in ambito professionale, ed effettivamente io pensavo all'ambito hobbistico.

A dirla tutta la mia domanda nasce dallo smontaggio di alcune stampanti scanner. Aprendoli non si trovano piu dei passo passo ma dei motori in cc con encoder ottico (sul motore o su una banda parallela all'asse di scorrimento). Inoltre le prestazioni delle stampanti ink-jet rispetto alle vecchie a impatto (con motori passo passo) sono nettamente superiori.

Per queste ragioni mi domandavo per quale motivo si continuasse in ambito DIY a usare i passo passo quando esistono soluzioni molto piu efficaci ed economiche.

Cercando informazioni ho trovato che il problema dei motori cc con controllo ottico potrebbe essere la velocità di lettura (arduino non riusicrebbe a leggere abbastanza rapidamente i dati dell'econder). Questo mi sembra strano visto che arduino puo campionare fino a 16kHz e che un motore in cc in un secondo non fa piu di 250-300 rotazioni anche con un encoder a 10 step giro siamo al massimo a 3kHz.

Ragionando un po mi sono detto che il porblema potrebe essere meccanico. Il motore in cc é on off se lo si attacca direttamente all'asse si hanno tutti i problemi derivanti dall'inerzia della rotazzione al momento dell'arresto. La soluzione usata sulle stampanti scanner é la vite senza fine o la riduzione meccanica.

Mi sono detto che un trifase con controllo passo passo avrebbe tutti i vantaggi di un cc che quelli di un passo passo.

[Livio Orsini]

Stai facendo una macedonia di problemi diversi e differenti.

Intanto i motori in cc per definizione nulla hanno a che vedere con stepper e brushless.

Gli stepper possono essere assimilati, con qualche forzatura, ai brushless trapezoidali, detti anche brushless cc per distinguerli dai sinusoidali che lavorano con alimentazione sinusoidale polifase.

I brushless trapezoidali oggi possono essere pilotati anche in loop aperto, con un controllo vettoriale, per realizzare azionamenti economici a basse prestazioni.

Ovviamente è fuori discussione che un siffatto azionamento possa eseguire posizionamenti ad anello aperto.

Per le stampanti, di cui se ne producono decine di migliaia con costi oramai.....da regalo (costan di più le cartucce della stampante), si usa la soluzione che offra la miglior prestazione al minor costo.

Non credo proprio che gli uffici di ricerca e sviluppo di Epson, tanto per citarne una, non abbiano valutato tutte le varie opzioni possiibili. Tra l'altro i motori li producono loro in una loro divisione, idem per i semiconduttoiri per pilotare detti motori; possono quindi prodursi il miglior azionamento con il miglior rapporto qualità-prezzo.

Il discorso arduino è ancora un'alta cosa, che rigurada solo hobbisti.

La scheda è stata pensata come piattaforma di sviluppo a basso costo, non certo come scheda Hw per impieghi generali, almeno in campo professionale.

Un motore in cc ha una funzione di trasferimento tensione di armatura - velocità che è W = k*Va, quindi semplicissimo e facilissimo da regolare.

puo campionare fino a 16kHz e che un motore in cc in un secondo non fa piu di 250-300 rotazioni anche con un encoder a 10 step giro siamo al massimo a 3kHz

Questa è solo una tua idea, ma ti posso assicurare che dovresti almeno moltiplicare di un ordine di grandezza la velcità. Un encoder che generi 10 impulsi per rivoluzione è.....un'usurpazione di titolo.

Da ultimo, ma è la questione principale di tutto, devi prima inividuare l'applicazione, definire le specifiche e solo dopo si potrà ipotizzare un'eventuale soluzione di azionamento.

Modificato: 3 aprile 2015 da Livio Orsini

[olometabolo]

Intanto i motori in cc per definizione nulla hanno a che vedere con stepper e brushless.

Gli stepper possono essere assimilati, con qualche forzatura, ai brushless trapezoidali, detti anche brushless cc per distinguerli dai sinusoidali che lavorano con alimentazione sinusoidale polifase.

Che i motori in cc siano diversi da stepper e brushless é chiaro.

Quello ceh volevo dire e che attualmente i motori cc con ecoder hanno sostituito gli stepper nelle stampanti. Dunque come da te affermato il rapporto prestazione prezzo é sicuramente piu interessante.

Ma allora perche in ambito DIY ancora si fa largo uso degli stepper e non dei motori CC con encoder? (praticamente tutte le cnc e le stampanti 3D amatoriali e semi professionali usano gli stepper).

Le due risposte che ho ipotizzato sono:

1 perche nei motori cc non si puoi regolare con precisione la rotazione ( in questo caso il brushless risolverebbe il problema)

2 perche la lettura dell'encoder é impossibile (per la stassa ragione un brushless in open loop risolverebbe il problema)

Di conseguenza mi sono detto ma allora perche non usare un brushless?

Questa è solo una tua idea, ma ti posso assicurare che dovresti almeno moltiplicare di un ordine di grandezza la velcità.

Ovvio che dipende dal motore ma io pensavo a motori con molta coppia e poca velocità tipo questo che fa 7500 rpm 130 giri/min

Un encoder che generi 10 impulsi per rivoluzione è.....un'usurpazione di titolo.

Come da te indicato successivamente "Da ultimo, ma è la questione principale di tutto, devi prima inividuare l'applicazione, definire le specifiche e solo dopo si potrà ipotizzare un'eventuale soluzione di azionamento." dunque 10 step potrebbero basstare. Io non devo realizzare nulla pensavo all'applicazione dei motori sugli assi delle cnc. A volte nei progetti economici si usano delle barre filettate m8 con passo di 1mm un encoder da 10 step/giro darebbe una precisione di 0.1mm anche troppo alta per il resto della meccanica.

Grazie per le spiegazioni e la pazienza

[Livio Orsini]

Ma allora perche in ambito DIY ancora si fa largo uso degli stepper e non dei motori CC con encoder? (praticamente tutte le cnc e le stampanti 3D amatoriali e semi professionali usano gli stepper).

Perchè, come ho gia scritto, permettono di realizzare posizionamenti precisi ad anello aperto, mentre con qualsisasi altro tipo di motore devi usare la chiusura di anello tramite trasduttore di posizione.

Ovvio che dipende dal motore ma io pensavo a motori con molta coppia e poca velocità tipo questo che fa 7500 rpm 130 giri/min

Questo è un motore da 7500 rpm con tensione di 15 V, alimentandolo con la tensione minima prevista, ovvero 5 V, la sua velocità sarà circa 1/3 ovvero 2500 rpm.

La coppia erogabile un motore cc è costante, tranne per alcuni motori a magneti permamnenti, dove la coppia massima decresce con la velocità

[olometabolo]

Perchè, come ho gia scritto, permettono di realizzare posizionamenti precisi ad anello aperto, mentre con qualsisasi altro tipo di motore devi usare la chiusura di anello tramite trasduttore di posizione.

Effetivamente la precisione di un trifase CC é molto piu bassa di quella di uno stepper si potrebbe ovviare con un riduttore meccanico ma resta sempre il pilotaggio che apparentemente é un po ostico.

[walterword]

gia ametà della massima velocità bisogna valutare un po di cose....

[Livio Orsini]

Effetivamente la

molto piu bassa di quella di uno stepper si potrebbe ovviare con un riduttore meccanico ma resta sempre il pilotaggio che apparentemente é un po ostico

Tu continui a confondere precisione di velocità con precisione di posizione; sono due cose completamente differenti.

Puoi avere un'ottima precisione di velocità ma nessuna precisione in posizione, come puoi avere una scarsa precisione di velocità con un'ottima precisione di posizionamento.

L'unico sistema che garantisce ottime precisioni di posizione ad anello aperto è il motore stepper. A patto che sia pilotato in modo corretto e che la coppia richiesta non ecceda la coppia disponibile.

Mentre la precisione di velocità del motore stepper è identica alla precisione del drive. Se il motore esegue una rivoluzioni 4 passi, pilotandolo con impulsi a 100 Hz il motore ruoterà a 25 rivoluzioni al secondo ovvero 1500 rpm. Quanto sarà precisa e costante questavelocità? Lo sarà esettamente come lo è la frequenza di pilotaggio.

Mentre un brushless trapezoidale che lavori ad anello aperto non garantisce di seguire esattamente quanto impone il drive, ma può avere scorrimenti varabili in funzione della velocità e del carico.

In quanto al posizionamento in anello aperto è semplicemente inaffidabile.

Modificato: 3 aprile 2015 da Livio Orsini

[Darlington]

Ma allora perche in ambito DIY ancora si fa largo uso degli stepper

Oltre alle risposte di Livio sulla precisione ed il controllo devi tenere conto anche di una cosa: l'hobbista non ha interesse a fare economie di scala, non deve produrre l'oggetto in migliaia di esemplari che poi devono generare un utile almeno pari a quello stimato altrimenti il consiglio d'amministrazione brontola.

Io non ho smontato molte stampanti (e proprio nessuna multifunzione), posso dire che ho trovato un motore trifase feedbackato con sensori di hall in una stampante laser Lexmark per uso ufficio, e stepper di scarsa qualità in stampanti inkjet consumer di fascia bassa.

Probabilmente ora useranno motori CC con encoder ottici, almeno per le applicazioni dove non è richiesta elevata precisione di posizionamento, semplicemente perché costano meno degli stepper.

Per tirare dentro i fogli non è richiesta grande precisione di posizionamento, anzi forse proprio nessuna: il motore "tira" fino a che un sensore non "vede" il foglio e non gli dice di fermarsi.

Per muovere il carrello con le testine, invece, sicuramente useranno un sistema più raffinato perché là la posizione è molto importante.

Per quell'applicazione, ad esempio, ho sempre visto usare motori stepper.

[Livio Orsini]

posso dire che ho trovato un motore trifase feedbackato con sensori di hall

Questo è un classico azionamento con brushless trapezoidale. I sensori di hall forniscono la posizione del rotore rispetto allo statore e servono per poter generare la giusta tensione di alimentazione. Contemporaneamente porniscono l'informazione per un controllo di posizione per un asse. Similmente nei brushless sinusoidali si usa un resolver che fornisce un'informazione più precisa, precisione necessaria perchè il controllo di un sisnusoidale è molto più raffinato di quello di un trapezoidale.

[olometabolo]

Tu continui a confondere precisione di velocità con precisione di posizione; sono due cose completamente differenti.

Se non sbaglio in ambito cnc della precisione di velocità si puo fare a meno. Uno stepper puo eseguire step di anche meno di 1° mentre con un BLDC apparentemente siamo a 29°

Per tirare dentro i fogli non è richiesta grande precisione di posizionamento, anzi forse proprio nessuna: il motore "tira" fino a che un sensore non "vede" il foglio e non gli dice di fermarsi.

La precisione richiesta sui due assi é la stessa. Se il foglio non é ben posizionato si hanno delle sovrapposizioni o delle linee bianche.

Similmente nei brushless sinusoidali si usa un resolver che fornisce un'informazione più precisa, precisione necessaria perchè il controllo di un sisnusoidale è molto più raffinato di quello di un trapezoidale.

Nei modelli esaminati dietro alla testina della stampante é presente una banda ottica che viene letta da un sensore

[gabri-z]

Nei modelli esaminati dietro alla testina della stampante é presente una banda ottica che viene letta da un sensore

Allora avrai capito qualcosa ! Ci sarà una ragione !

[Livio Orsini]

Se non sbaglio in ambito cnc della precisione di velocità si puo fare a meno.

Solo se il moto non è coordinato e/o interpolato.

Un CNC che non sia in grado di eseguire almeno una semplice interpolazione lineare non è un CNC, ma una ciofeca immonda spacciata per CNC.

Nei modelli esaminati dietro alla testina della stampante é presente una banda ottica che viene letta da un sensore

Sicuramente il motore non sarà di tipo brushless sinusoidale.

[walterword]

se devi eseguire un cerchio , per cui due assi interpolati nella formula X^2 + Y^2 + 1=0 (cerchio unitario) , vedi se non e' importante la velocità ....un asse fa una cosa e l'altra ne fa un'altra se le velocità non sono sincronizzate come si deve ....

[olometabolo]

Sicuramente il motore non sarà di tipo brushless sinusoidale.

Esatto e un comune motore in cc a spazole

olo se il moto non è coordinato e/o interpolato.

Un CNC che non sia in grado di eseguire almeno una semplice interpolazione lineare non è un CNC, ma una ciofeca immonda spacciata per CNC.

se devi eseguire un cerchio , per cui due assi interpolati nella formula X^2 + Y^2 + 1=0 (cerchio unitario) , vedi se non e' importante la velocità ....un asse fa una cosa e l'altra ne fa un'altra se le velocità non sono sincronizzate come si deve ....

Credo di essermi lasciato trarre in inganno dalle parole "precisione di velocità" avendole interpretate alla lettera. Ovvero riuscire a mantenere una precisa velocità di rotazione nel tempo e mi sono detto " nelle cnc i motori che controllano gli assi si muovono sempre a velocità e direzioni differenti" ora ho capito il significato esatto.

Visto che siete ben preparati potreste spiegarmi cosa sia questo motore quello dentro bldc motors -> bldc sinus (sembra proprio un brushless comandato come uno stepper)

La definizione dice commutazione senza sensori con connesione a stella... ampio rang di velocicità 3000:1 controllo fluido e preciso della velocità e della posizione con basso rumore e ampia dinamica

Grazie

[Livio Orsini]

Ci sono 2 tipi di motori nel link legato.

Uno rigurada motori passo passo (stepper) l'latro riguarda brushlees dc o trapezoidali, non sinusoidali.

Gli steppers sono sono dimostrati nelle 3 modalità di pilotaggio, unipolare, bipolare ed a "microstepping". Quest'ultimo è il pilotaggio più sofisticato che permente di ottenere le migliori prestazioni di accelerazione e coppia per i passo passo.

L'altro simulatore illustra a grandi linee il funzionamento di brishless DC in collegamento stella e traingolo, c'è anche una simulazione di pilotaggio sinusoidale di un motore brushless DC, ed infine viene simulato il pilotaggio di un motore brushless DC in modo vettoriale sensorless, ovvero senza sensore.

Ovvero riuscire a mantenere una precisa velocità di rotazione nel tempo...

No, non tisei sbagliato, la precisione di velocità è proprio questa. SI assegna un valore di consegna, 1000 rpm ad esempio, e questo valore deve essere mantenuto costante a tempo indefinito. L'oscillazione massima della velocità nell'introno del valore di consegna è determinato dalla precisione di velocità del controllo. I paramentri che influenzano la precisione sono la stabilità e precisione del sensore di misura e la bontà del regolatore.

[Darlington]

La precisione richiesta sui due assi é la stessa

Mi riferivo al motorino di alimentazione dei fogli, non a quello che fa girare il rullo di posizionamento.. spesso sono due motori separati, anche se mi è capitato di vedere stampanti che per economia usavano lo stesso motorino per entrambe le cose, con due frizioni meccaniche: quando il motore girava in un senso, ingranava il rullo in gomma che prendeva i fogli, quando invece il motore girava nel senso opposto, ruotava il rullo di posizionamento.

[olometabolo]

c'è anche una simulazione di pilotaggio sinusoidale di un motore brushless DC,

Questo mi sembra simile ad uno stepper ma il pilotaggio sembra piu complesso

[Livio Orsini]

Questo mi sembra simile ad uno stepper ma il pilotaggio sembra piu complesso

Ma sai di cosa stai parlando?

Hai guardato bene? Non vedi che la forma d'onda di uscita cerca di approssimare una sinusoide, cosa che non ha niente a che vedere con il pilotaggio degli stepper anche di quelli microstepping.

Purtroppo queste cose non si capiscono se non si ha un adatto retroterra culturale. Questo retroterra non può essere acquisito con 4 nozioni orecchiate, ma studiando seriamente la macchina ed i metodi di pilotaggio.

[olometabolo]

Hai guardato bene? Non vedi che la forma d'onda di uscita cerca di approssimare una sinusoide, cosa che non ha niente a che vedere con il pilotaggio degli stepper anche di quelli microstepping.

Mi sono probabilmente espresso male.

Volevo dire che i due tipi di motori (bldc sin e stepper) anche se pilotati differentemente (la differenza tra una sinuisoide e un onda quadra la differenza mi pare abbastanza evidente) sembrano avere caratteristiche di controllo della precisione e della velocità simili.

Quando parlavo di pilotaggio piu complesso mi riferivo al fatto che la generare una sinusoide richiede piu potenza di calcolo di quella necessaria a generare degli impulsi on off (onda quadra) inoltre la generazione di un segnale discreto digitale, se la risoluzione non é sufficentemente elevata, puo dar luogo ad una sinusoide troppo approssimata che non permette un pilotaggio corretto.

[Livio Orsini]

Basta. Getto la spugna, l'impresa è impossiible.

[gabri-z]

Basta. Getto la spugna, l'impresa è impossiible.

Dai , c'è niente di impossibile ! Se non li rispondi per due giorni avrà tempo di approfondire un po ; non puoi lasciarlo cosi..

[olometabolo]

Basta. Getto la spugna, l'impresa è impossiible.

Grazie comunque per la disponibilità.

Cercando ho trovato una spiegazione su un forum anglofono.

La risposta coincisa alla mia domanda iniziale "perche al posto dei motori passo passo non si usino dei brushless trifase" si trova nell'ultima frase

Nonostante queste differenze, uno stepper può essere azionato come un BLDC , o BLDC come uno stepper . Tuttavia, date le intenzioni progettuali contraddittorie, il risultato probabilmente non é ottimale.

I bldc hanno meno passi per rotazione e minor coppia bloccante ( derivata dal minor numero di spire sullo statore) e sono progettati per rotazioni rapide gli stepper per piccole rotazioni angolari

[Livio Orsini]

No la tua domanda iniziale è un tantino differente!

Infatti scrivi: "mi sono sempre domandato perche al posto dei motori passo passo non si usino dei brushless trifase (in open loop) visto che apparentemente é possibile controllarli come dei passo passo."

Poi anche le definizioni che hai citato sono perlomeno molto semplificate.