Шаговый двигатель как энкодер

Шаговые двигатели с энкодером Комментировать

Использование шаговых двигателей в комплекте с энкодерами позволяет создавать на простой схеме, включающей в себя непосредственно шаговый двигатель и контроллер шагового двигателя полноценный сервопривод, который, при высокой функциональности и надёжности, будет значительно более дешёвым и простым в управлении, чем сервопривод на основе бесколлекторного двигателя. Совмещающий в себе все основные преимущества ШД с простотой настроек и обслуживания, такой сервопривод отличается высокой точностью позиционирования и полностью удовлетворяет потребностям широкого круга пользователей устройств такого типа, от моделистов до операторов станочного оборудования.

Преимущества сервоприводов на базе шаговых двигателей

Поскольку шаговый двигатель изначально отличается высокой точностью позиционирования (200 или 400 шагов на оборот +-5%), что является одним из основных его конкурентных преимуществ, традиционно считается, что установка энкодера на двигатель такого типа не является необходимостью. Однако практика доказывает, что даже при использовании самого надёжного контроллера возможен пропуск шагов, который может стать следствием целого ряда причин, таких, как:

– повышенная нагрузка;
– поперечная нагрузка;
– высокий резонанс;
– некорректное генерирование импульсов контроллером и т.д;

По сути, при использовании схемы ШД+контроллер даже такие незначительные неполадки, как перебои в подаче питания контроллеру могут стать причиной серьёзного сбоя: система управления теряет точку отсчёта, и, в отсутствии обратной связи, возвращение шагового двигателя к изначальному положению становится невозможным.

Использование шагового двигателя с энкодером позволяет решить вышеотмеченную проблему: при пропуске шагов или перебоях питания с помощью энкодера осуществляется возврат ШД к нужной точке, что позволяет продолжить корректную работу оборудования по заданной программе. Кроме того, применение энкодера позволяет дополнительно повысить точность позиционирования шагового двигателя, поскольку разрешающая способность энкодеров может достигать 2000 импульсов на оборот. Благодаря этим преимуществам сервоприводы на основе шаговых двигателей довольно часто применяются в сложном станочном оборудовании.

Купить шаговый двигатель с энкодером в Stepmotor

В каталоге Stepmotor представлен широкий выбор шаговых двигателей и энкодеров, что позволяет подобрать наилучшим образом подходящий сервопривод на основе ШД для оборудования любого типа. Если вы решили купить ШД с энкодером в наличии по доступной цене на нашем сайте, внимательно ознакомьтесь с характеристиками интересующих вас устройств и непременно убедитесь в том, что подобранные вами устройства совместимы. При возникновении вопросов по подбору оборудования, вы всегда можете проконсультироваться у технического специалиста по телефонам 8 800 5555 068 — по России (звонок бесплатный), в Москве +7 (495) 308-38-48, в СПб +7 (812) 953-07-32) или воспользовавшись формой обратной связи.

Шаговый двигатель как энкодер

Энкодер из шагового двигателя.

Автор: Александр Кленин
Опубликовано 26.08.2009

Использование шаговых двигателей (ШД) в качестве энкодера по-прежнему остается привлекательным решением, т.к. промышленные энкодеры, при всех своих достоинствах, имеют существенные недостатки — цена и сложности при покупке единичных экземпляров. Если контактные энкодеры еще с трудом можно приобрести, то цена бесконтактных энкодеров совершенно неподъемная.
В моем случае исключалось применение контактного энкодера, т.к. не допускались пропуски и генерация паразитного (из-за дребезга) сигнала при вращении. Мне не удалось получить удовлетворительных результатов при испытаниях контактных инкрементального и абсолютного энкодеров. Марки называть не буду.

В итоге, склонился к применению ШД от старого 5-дюймового дисковода. За основу взял https://ru3ga.qrz.ru/UZLY/encod.htm, но большое число элементов совсем не радовало.

В результате, схема была приведена к виду, показанному на Рис.1. Для подавления паразитных колебаний у обоих каналов закорочена одна из полуобмоток, что обеспечило достаточное демпфирование, резко снизило скорость нарастания сигнала при больших скоростях вращения и позволило использовать ШД с внутренним соединением средних выводов обмоток.
Также введен гистерезис порядка 50. 100 мВ (зависит от напряжения питания 4. 5В).
После изменений работа схемы при напряжении питания 5В меня устроила, но хотелось, чтобы она работала от 3В. Большое число элементов и сравнительно большой потребляемый ток, привели к схеме Рис.2.

Подключение обмоток двигателя осталось таким же, а в качестве формирователя сигнала использована микросхема HEF4069 (можно заменить CD4069, MC14069). Ввод схемы в линейную область сделан на одном инверторе, выход которого соединен с входом. Такое соединение позволяет превратить инвертор в повторитель напряжения, примерно равного половине напряжения питания без использования дополнительного резистивного делителя.
При 3В схема на LM358 отказалась работать из-за недостаточно хороших выходных уровней компаратора.
Качество работы обеих схем при 5В питании получилось примерно одинаковое. При монотонном пошаговом повороте вала двигателя наблюдалась четкая последовательность 2-битного кода Грея. Но! При смене направления вращения первый шаг нарушал эту последовательность.
Например:

Вращение по часовой

Вращение против часовой

Видно, что при смене направления происходило изменение состояния обоих каналов, что противоречило правилу кодирования. Последующие шаги соответствовали правильной последовательности нового направления.
Эта особенность поведения ШД (смена состояния в обоих каналах) учитывалась программно. Для примера приведены ассемблерные программы обработки сигналов ШД в качестве энкодера для AVR и MSP430.

На Рис.3 приведены диаграммы сигналов, генерируемых ШД при включении обмоток в соответствии со схемами. Алгоритм обработки сигналов энкодера показан на двух нижних диаграммах Рис.3
-при поступлении прерывания от активного фронта канала А анализируется уровень и флаг требования прерывания канала B. Если флаг установлен, что говорит о смене направления вращения, дополнительно анализируется состояние внутреннего рабочего флага, который сигнализирует о предыдущем направлении вращения и идет соответствующее изменение значения счетчика шагов. Это сделано для исключения неоднозначности определения кодовой последовательности, возникающей при смене направления вращения. Если флаг сброшен, что говорит об отсутствии смены направления вращения, идет простое изменение значения счетчика шагов.
-совершенно аналогично идет обработка прерывания от активного фронта канала В.
В итоге получается обработка каждого шага двигателя.
Шаговый двигатель, в качестве энкодера, был встроен в конструкцию ленточной пилорамы для повышения точности изготовления пиломатериалов.

Шаговый двигатель как энкодер

Серводопровод или шаговый двигатель

Мы разберемся в нашей статье, что выбрать сервопривод или шаговый двигатель, что они собой представляют, для чего предназначаются, а также ответим на вопрос, сервопривод или шаговый двигатель разница.

Что представляет собой шаговой двигатель

Такие механизмы отлично подходят для превращения электрической энергии в точные механические перемещения. Любой импульс, который поступает на драйвер мотора, позволяет осуществлять движения ротора, что полностью соответствует заданным настройкам. Можно навести простой пример, если на полношаговый привод будет послано 100 импульсов, при том, что шаг двигателя составляет 1.8 градусов, это позволит получить поворот на 180 0 .

Разница между сервоприводом и шаговым двигателем в том, что каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки. Сильная сторона последнего заключается в том, что он может выполнять свои функции даже без обратной связи, ему не требуется коррекция положения, при которой используются энкодеры или другие аналогичные датчики. Это связано с тем, что вал по архитектуре шагового двигателя перемещается только при получении импульсов. Такая возможность доступна только тогда, когда шаговые двигатели не перегружены, а также не впадают в резонанс. Но вот в реальной жизни очень редко бывает, что эти два фактора отсутствуют.

Чтобы получить уверенность, что такой двигатель не будет пропускать шаги, производители решают эту проблему очень просто, когда происходит выбор мощности, они делают серьезный запас мощности. Другими словами, отличие сервопривода от шагового двигателя заключается в том, что последний устанавливается на станок с большой мощностью, которой намного больше, чем это требуется.

Появление резонанса возможно на тех же самых частотах вращения, которые в данном приложении используются как основные, поэтому избежать это явление становится очень сложным.

Но существует и возможность избежать последствия непродолжительных перегрузок в его работе, а также не допустить пропуска шагов. В данном случае можно использовать энкодер, который такой же, как и установлен на вал вентильного серводвигателя. В этом также ответ, чем отличается сервопривод от шагового двигателя.

Энкодер – это информация о том, в каком положении находится ротор контроллеру. Он сравнивает его с заданной координатор, в результате чего полученное рассогласование используется, чтобы выполнить шаги так, чтобы разница компенсировалась. Но такой способ малоэффективен, если необходимо ликвидировать проблемы, связанные с резонансом. Тем не менее, все же есть возможность устранить последствия. Для этого требуется провести комбинирование по положению, другими словами, компенсировать количество импульсов, а также одновременно управлять ориентацией поля статора. При этом нужно придерживаться такого же принципа, как векторное управление электродвигателями с тремя фазами.

Сравнение сервопривода и шагового двигателя – вопрос достаточно сложный. Это связано с тем, что энкодер шагового двигателя предоставляет информацию о том, в каком положении вала можно сориентировать магнитное поле статора так, что потокозацепление будет иметь максимальную эффективность. К тому же такая схема не нуждается в преобразованиях Кларка, что, как правило, применяется для того, чтобы спроектировать трехфазную систему токов и получить две фазы. Это требуется потому, что биполярные моторы разработаны с двумя обмотками. Такой способ управления характеризуется тем, что ток в обмотках изменяется синусоидально, на этот процесс не влияет то, что используется – шаг или микрошаг.

Также если сравнивать шаговый двигатель и сервопривод, то преимущество первого также в том, что он практически не ощущает резких перемен напряжения. Благодаря наличию векторного типа управления, есть возможность очень быстро регулировать момент приводы. Тем не менее, такая возможность также доступна и сервоприводам. Это касается только типа PMSM.

Немного о сервоприводах

Здесь мы не только охарактеризуем, но и проведем сравнение сервопривод и шаговый двигатель. Когда прочитаете информацию, сможете сделать вывод, что лучше шаговый двигатель или сервопривод.

Наверняка Вы знаете, что сервопривод используется уже достаточно давно. Также у нас можно купить сервопривод высокого качества и по доступной стоимости.

Существует такие, которые используют по позиции обратную связь. Они имеют возможность считать количество шагов, а также добавлять в процессе или вычитать шаги, чтобы не допустить ошибку. Но они не могут вносить коррективы в угол поворота вала, когда делается шаг. Это принципиальная разница, если делать сравнение сервопривода и шагового двигателя.

Компенсировать ошибки может синусоидальная коммутация, если работает совместно с управлением ориентацией. Она устраняет ошибки, которые возникают по причине неправильной геометрии деталей или при серьезной нагрузке.

Векторное управление гарантирует, что статорное поле всегда будет перпендикулярным роторному полю, а также то, что насыщенность поля будет полностью соответствовать нужному моменту. Это улучшает динамику, а в дальнейшем и делает более эффективной работу, уменьшает флуктуацию крутящего момента. Благодаря такому управлению есть возможность составить конкуренцию шаговым двигателям с вентильным сервоприводом, если речь идет о скоростях, не превышающих 2 тыс. оборотов/мин.

Мы привели аргументы, если сравнивать шаговый двигатель или сервопривод, что лучше – определять Вам. Каждый человек выбирает, что ему подойдет лучше – сервопривод или шаговый двигатель. Мы же рассказали об основных моментах того и другого типа, навели некоторые примеры и особенности.

Вы можете у нас купить серводвигатель по выгодной стоимости. Мы гарантируем качество товара. Наши сотрудники с удовольствием ответят на интересующие вопросы, предоставят дополнительную информацию.

Шаговый двигатель с энкодером, замкнутого типа NEMA34 86HSE4N-B38 с гибридным серводрайвером HSS86

Шаговый двигатель с энкодером, замкнутого типа NEMA34 86HSE4N-B38 с гибридным серводрайвером HSS86 – 2х фазный двигатель с энкодером, работает плавно с очень низким уровнем шума и нагревания. Главной особенностью двигателя 86HSE4N-BC38 есть быстрая реакция и отсутствия рысканий (неравномерной работы). Шаговые двигатели с энкодером работают без потери шагов по сравнению с обычными шаговыми двигателями не замкнутого типа. Он идеально подходит для использования механизмов с ременным приводом либо механизмов низкой жесткости. Максимальная эффективная работа шагового двигателя с энкодером обеспечивается совместным использованием с гибридными серводрайвером HSS86. Двигатель также можно подключать к обычному драйверу, без подключения энкодера, в этом случае он будет работать без точного контроля положения ротора. Шаговые двигатели с энкодером широко применяются для станков с ЧПУ, гравировальных станках, лазерной резке, маркировочных машинах, специальных промышленных швейных машинах, монтажное оборудование и так далее.

Особенности:

-Количество фаз: 2

-Диаметр вала: 14 мм

-Макс. скорость: 3000 об./мин.

Номинальная скорость: 1500 об./мин.

-Максимально крутящий момент: 4,5 N.m

-Угол шага 1,8 ° (точность: ± 5%)

— Погрешность сопротивления: ± 10%

— Максимальная температура 80ºС

— Рабочий диапазон температур от -20ºС до +50ºС

— Диэлектрическая стойкость 500VAC в одну минуту

— Радиальное биение вала 0,02 мм (при нагрузке 450 г)

— Осевое биение вала 0,08 мм (при нагрузке 450 г)

— -Разрешение энкодера: 1000 PRR

— Длина мотора: 82 мм

Комплект поставки: шаговый двигатель с энкодером 86HSE4N-B38, драйвер HSS86, провод длиной 2,6м Размеры: Зависимость крутящего момента от скорости вращения

Драйвер шагового двигателя HSS 86 с энкодером — 2-х фазный драйвер для управления шагового двигателя с энкодером. Драйвер обеспечивает стабильную и точную работу двигателя без потери шагов. Драйвер разработанный на 32-битной технологии DSP, поддерживает управления сигналами PUL/DIR (CP/CW). Б ыстрая реакция и отсутствие «рысканий» делают серию драйверо в идеальным вариантом для приложений которые требуют быстрого передвижения на короткие расстояния и где «рыскания» (неравномерная робота) были бы нежелательными (например в механизмах с ременным приводом либо механизмы низкой жесткости, где при остановке ШД необходима малая вибрация). Закрытая система позиционирования более усовершенствована и является хорошей заменой открытой системы. Широко применяется на гравировальных станках, специальных примышленных швейных машинах, маркировочных машинах, оборудование для сборки, станках с ЧПУ и другие. Особенности:

— Драйвер HSS86 подходит для NEMA 34 (с крутящим моментом 4 N.m , 8N. m ,12N.m) замкнутого циклу шагового двигателя;

— Исключена возможность потери шагов;

— Обеспечивает плавную работу двигателя, низкую вибрацию, гарантирует высокие динамически характеристики при ускорении и торможении двигателя;

— Отсутствие вибрации при изменении от нулевой до максимальной скорости;

— Наличие автоматической регулировки тока в зависимости от нагрузки;

— Уменьшение крутящего момента при увеличении скорости значительно ниже, чем у обычного ШД;

— Частота до 200 кГц;

— Микрошаг 16, максимум 51200 импульсов/об (1/256);

— Напряжения AC 20V

— Максимальный ток – 8А;

— Разрешение энкодера: 1000 PRR

— Сопротивление изоляции : > = 500MΩ;

— Рабочая температура: 0

-Рабочая влажность 40

— Способ охлаждение: естественный или радиатор;

— Вес: 560 г Настройка микрошага: SW1: Выбор двигателя: вкл. = 86HSE8N, 86HSE4N, выкл = 86HSE12NSW2: Настройка направления поворота: вкл. = CW, выкл. = CCW

SW3, SW4, SW5, SW6: настройка микрошага

Входные порти двигателя и блока питания:

Входной порт энкодера

Обратите внимание: Неправильно подключены провода энкодера могут привести к повреждению драйвера или энкодера.

Статус индикаторов:

PWR: индикатор питания: Когда питание включено, светится зеленым.

ALM: индикатор тревоги: Если красный свет мигает один раз в течение 3 секунд, это означает, перегрузки по току или короткого замыкания; Если красный свет мигает два раза в течение 3-х секунд, это означает перегрузки напряжения; если красный свет мигает три раза в течение 3-х секунд, это означает, ультра разницу или отключен энкодер датчик.

Схема подключения:

Схема монтажа:

Внимание! Драйвер HSS86 оснащен портом RS232, однако вносить изменения в настройки драйвера с помощью ПО нельзя (все параметры вшиты в плату драйвера)