Motori Passo Passo - Informazioni sull'utilizzo

[cea]

Buon giorno a tutti.

Sono un'azienda che realizza varie automazioni, non a grandi livelli, ma nel mio piccolo mi difendo abbastanza.

Hò realizzato delle macchine in collaborazione con varie officine, tra cui diverse saldatrici di buste e macchina teglierina per film plastici. Per il controllo delle misure e dei vari parametri principali di produzione hò sempre utilizzato dei brushless.

Però hanno un "PICCOLO" difetto, sono abbastanza costosi. Hò sentito parlare ed hò anche visto una piccola fresa, utilizzare i motori passo passo, che mi dicono che sono molto precisi ed economici. Altro vantaggio che possono essere controllati direttamente con disegni cad.

Non avendo alcuna esperienza in questo sistema, se qualcuno può aiutarmi a spiegarmi i vari sistemi e cosa devo fare per cominciare ad utilizzare i passo passo. Hò sempre voluto entrare nel sistema di programmazione e controllo macchina utilizzando il PC come PLC ma vorrei avere delle indicazioni.

Grazie a tutti per l'aiuto.

RICCARDO

[Livio Orsini]

Sostituire un brushless con un passo passo lo ritengo azzardato e non molto valido.

Se le prestazioni di accelerezzione e coppia richiedono un brushless, ben difficilmente queste specifiche possono essere soddisfatte da uno stepper.

L'applicazione che hai visto riguarda una macchina per uso hobbystico, dove non sono richieste prestazioni eccezionali in fatto di accelerazione.

Per quanto ne so, per esperienza diretta, le saldatrici e le taglierine per buste e sacchetti in materiale plastico richiedono ccelerazione velocità elevate.

TI consiglio, per prima cosa, di verificare le reali necessità in fatto di coppia, velocità e accelerazione necessarie alle tue macchine.

Poi con questi dati fai una ricerca sul webb tra i produttori di stepper, verificando che esistano prodotti che rispondano alle tue specifiche.

Questo è il primo passo che devi compiere.

[orsoblu]

Dalla mia esperuienza risentono molto del rapporto velocità coppia dimensioni a sfavore dei passo passo

[MR69]

Ciao,

Il motore passo passo costa meno di un brushless: relativamante vero: dipende dalla qualità e dalle caratteristiche di entrambi.

Vi sono diverse differenze tra i due tipi di motori:

1) Solitamente le velocità massime dei passo-passo sono molto inferiori a quelle dei brushless (qualche centinaio di rpm, contro qualche migliaio).

2) solitamente le coppie (a parità di taglia) sono maggiori nel passo-passo che nei brushless.

3) i brushless hanno una coppia di picco da 2 a 5 volte la coppia nominale, i passo non hanno praticamente coppia di picco.

4)i brushless hanno un'efficenza energetica migliore.

5) i passo-passo sono normalmente pilotati ad anello aperto, i brushless in anello chiuso... questo implica un sacco di cose tra cui il fatto che usando un passo passo non mi accorgo di eventuali impuntamenti (a meno di sistemi aggiuntivi) e che devo dimensionare il motore con una certa "abbondanza".

6) i passo passo tollerano sbilanciamenti di inerzia maggiori dei brushless.

7) i passo passo hanno solitamente (non sempre) un movimento meno fluido dei brushless.

8, 9, 10 ecc... ci sono certamente ma al momento non mi vengono in mente.

In pratica: può convenire sostituire un brushless con un passo se il brushless usa un riduttore, se il movimento non è critico, e se i parametri del movimento sono "ampiamente" nelle carattteristiche del passo...

Altrimenti è un cercar problemi.

Ciao

[Livio Orsini]

6) i passo passo tollerano sbilanciamenti di inerzia maggiori dei brushless.

Non per polemica, ma cosa significa "sbilanciamento d'inerzia"?

L'inerzia del motore sommata all'inerzia del carico, riportata all'asse, determina la richiesta di coppia per una determinata accelerazione. Meglio, data la coppia max disponibile e data l'inerzia totale applicata al motore, ne consegue il massimo valore di accelrazione possibile.

Con un motore brushless, o a magneti permanenti, o in continua con eccitazione separata, se si richiede un'accelerazione maggiore di quella consentita dalla massima coppia si ottiene che il motore accelera nei limiti consentiti dalla coppia disponibile. In altri termini si allunga il tempo di accelerazione.

Con un motore passo-passo, se si richiede una coppia eccedente la coppia limite il motore perde il passo.

Il tutto descritto in modo semplificato e banalizzato.

[MR69]

Ciao Livio,

sulle macchine utensili si cerca di mantenere l'inerzia del motore pressochè uguale al valore dell'inerzia del motore: questo semplifica la taratura del brushless, e permette di ottenere (a taratura avvenuta) la massima banda passante.

Sulle macchine automatiche (con motori controllati in posizione) si arriva fino a inerzia carico 3-5 volte quella del motore... oltre tarare i guadagni diventa "interessante", ed il risultato finale è comunque non granchè.

Un brushlesss controllato in velocità può tollerare fino a 1: 10 - 1:20... a patto che sopra non si cerchi di metterci un'anello di posizione.

Un passo passo, o un asincrono (non pilotato da un inverter vettoriale) non risentono di questi problemi... (almeno fino a un certo punto)

Tutto ciò è praticamente una regola empirica... credo che la spiegazione derivi dalla elasticità della trasmissione che non puoi più trascurare al crescere delle inerzie in gioco.

A titolo di sensazione... Come guidare la macchina con un rimorchio... Quando si accelera si deve portare in trazione il traino prima di poter dare tutto gas... pena strattoni ripetuti... Se il rimorchio è più pesante l'effetto è più evidente (e fastidioso)... Se il rimorchio è un'altra auto trainata con il classico cavo pressochè elastico... è ancora più evidente.

Tutto ciò a prescindere dalle accelerazioni e decelerazioni massime che restano limitate come da te descritto.

Ciao

[orsoblu]

Come guidare la macchina con un rimorchio...

Azz... l'uovo di Colombo nello spiegare il fattore d'inerzia, mi hai aperto uno spiraglio per far capire la cosa a ci mi chiede ogni volta perché é nacessario tarare il brushless.

[cea]

Wow, non pensavo di innescare questo botta e risposta.

Nella mia domanda hò probabilmente omesso di dire che non intendo utilizzare il passo passo per la costruzione di una taglierina per buste o saldatrici del genere. Ma solo per delle applicazioni sicuramente meno gravose. Applicazioni che non necessitano di coppie di spunto esagerate, accelerazioni accelerate e precisioni di millesimi.

Vorrei utilizzare i passo passo solo per delle applicazioni minori, tipo posizionamento di anime di cartone sotto una serra automatica per tagliare in sequenza i pezzi.

Hò un'altra appliocazione da eseguire che è per il controllo del taglio di marmi con un cad cam. Sicuramente per questo devo utilizzare brushless, ma non hò l'esperienza per sapere cosa utilizzare per il controllo degli stessi. Io utilizzo brushless OMRON, non hò molta esperienza ma riesco a cavarmela.

Perciò se qualcuno può essermi d'aiuto a districarmi un pò ne sarei grato.

Grazie Livio comunque per il tuo interessamento.

RICCARDO

[emanuele.croci]

sulle macchine utensili si cerca di mantenere l'inerzia del motore pressochè uguale al valore dell'inerzia del motore:

Questo è uno dei dogmi più oscuri degli azionamenti elettrici.

Comunque mi piace la spiegazione del rimorchio (era anche la motivazione che avevo in testa io).

Hai fatto delle prove APPROFONDITE al riguardo ?? Mi interesserebbe sapere i risultati....

(perché talvolta questi argomenti vengono riferiti come: OK non te lo so spiegare ma mi ha detto il tale che una volta suo cugino ha provato e poi gli è successo questo e quell'altro... leggende metropolitane insomma...)

Ciao, Emanuele

[Livio Orsini]

Come guidare la macchina con un rimorchio...

Assolutamente no! Semmai puoi paragonarlo ai giochi meccanici dell'asse.

L'inenrzia, anzi il momento d'inerzia perchè trattasi di moto circolare, è un fenomeno fisico. Bisogna ricordare sempre il primo principio della dinamica: "un corpo tende a mantenere il stato di quiete o di moto relativo fino a che non intervenga una forza a mutare lo stato". Più un corpo è inerte maggiore è la forza necessaria. Nel caso di moto circolare la forza corrisponde alla coppia.

Un motore ideale ha il momento d'inerzia pari a zero! I servo motori più raffinati sono costruiti per avvicinarsi il più possibile a questa condizione. Se vai a verificare il momento d'inerzia di un seroi a terre rare, troverai valori di momento d'inerzia molto piccoli, quasi trascurabili; inoltre i valori di coppia sono elevatissimi, specialmemente a velocità prossime allo zero.

Questo per consentire violente accelerazioni, anche con carichi molto inerti (pensa all'affusto di una mitragliatrice antiaerea p.e.)

Ora se si verificano i tempi di accelerazione ,in funzione di una data coppia, con diversi valori del momento d'inerzia totale applicata all'asse del motore, si ricaverà una relazione lineare inversamente proporzionale al valore d'inerzia.

Non ci sono casi singolari nell'intorno dell'uguaglianza tra momento d'inerzia del motore e quello del carico.

Quella dell'eguaglianza tra i due valori è una fantalegge messa in circolazione, probabilmente, da uno pseudo tecnico sofferente di dispepsia.

Fortunatamente la fisica è una scienza (quasi) esatta, quindi queste affermazioni si possono sempre verificare in modo analitico!

La coppia motrice necessaria all'accelerazione si ottiene dalla formula C_m = J_t*(dw/dt) .

Dove J_t == momento d'inerzia totale all'asse motore e dw/dt è il differenziale di velocità angolare richiesto.

Con il solo motore sarà consentita la massima accelerezione; quando il momento d'inerzia del carico è uguale a quello del motore il valore di amssima accelerazione si dimezzarà; quando il momento d'inerzia del carico varrà 3 volte quello del motore, il massimo valore di accelerazione sarà ridotto ad un quarto, e così via elencando.

Veniamo ai problemi di ottimizzazione del controllo.

Gli attuali assi sono in grado di auto ottimizzare i guadagni. L'algoritmo di autotuning se ne infischia bellamente del valore del momento d'inerzia applicato, purchè sia congruo con le accelerazioni richieste. Il fenomeno che può mettere in crisi l'autotunig sono le condizioni varabili di attrito e momento d'inerzia. Ho scritto può perchè con alcuni piccoli accorgimenti anche questo problema può essere superato.

Se si pensa che in un aspo il momento d'inerzia è funzione di (r⁴ - r⁴₀), cosa si fa quando il rapporto raggi è >10 e rapporto dei momenti >10000? Si tarano regolarmente senza problemi di sorta (se il controllo è stato progettato e realizzato correttamente.)

Modificato: 18 giugno 2007 da Livio Orsini

[MR69]

Ciao Livio,

Spiacente di avere urtato i tuoi sentimenti, non era mia intenzione!

Mi astengo dal rispondere per evitare ulteriori polemiche.

Auguro a te, e a tutti i partecipanti al forum, un buon lavoro.

Cordiali saluti!

[Livio Orsini]

Spiacente di avere urtato i tuoi sentimenti, non era mia intenzione!

Caro MR69

Non hai urtato i miei sentimenti, hai solo scritto cose inesatte. Mi sono sentito in dovere, come tecnico, di scrivere le opportune rettifiche.

Non c'è niente di personale ne, tantomeno, alcuna volontà polemica come avevo premesso.

Purtroppo, nonostante le leggi della fisica siano chiare ed inequivocabili, attechiscono leggende metropolitane.

Se hai dei dati, basati su leggi e principi, per confutare quanto ho esposto fallo, non è polemica. Però devono essere dati dimostrabili analiticamente, non dicerie basate su consuetudini.

Auguro anche a te buon lavoro (io invece sto partendo per le vacanze nel profondo sud )

Modificato: 19 giugno 2007 da Livio Orsini

[Luca Bab]

L'inenrzia, anzi il momento d'inerzia perchè tratta..............................................

Io intanto mi son fatto l'ennesimo documento di testo con copia incolla del messaggio di Livio

grazie e buone vacanze

io le ho appena finite ,

anch'io nel profondo sud ( otranto )

ciao

Luca

[Livio Orsini]

Luca, quello che ho scritto nel mio messaggio è solo una parte del tutorial sul dimensionamento dei motori elettrici. Il link al tutorial lo trovi, se ti serve, nel primo messaggio della discussione in evidenza in questa sezione.