Помехи в работе шаговых двигателей.
Тема помех очень не простая и борьбе с этим явлением уделяется недостаточно сил и времени.
Просмотрев массу информации на просторах интернета советую ознакомиться с ниже изложенной информацией.
Помехи бывают синфазные и парафазные. Парафазные это те, источник которых “включается” последовательно с сигналом – борьба с такими помехами производится именно “скручиванием” проводов.
Т.е. если площадь поля или площадь паразитного емкостного излучателя больше шага скрутки, то такие помехи (частично) компенсируются без ослабления (или искажения) полезного сигнала. Синфазные – это те, которые наводятся сразу на оба провода и против таких очень полезно надевать на рабочую пару проводов ферритовые кольца, которые образуют для сигнала трансформатор со встречно включенными обмотками и поэтому ему (сигналу) совершенно не мешают. В тоже время представляют эффективный фильтр для синфазных помех.
Так что максимальные обороты не пострадают, кольцам на них наплевать.
Главное не сунуть в кольцо третий провод, например экран, заземленный с обеих сторон, но что такие “экраны” применять нельзя.
Все провода от движков скручиваем попарно, можно пропустить через ферритовые кольца, сделав виток через него в начале (у клеммника) и ближе к двигателю, по кольцу.
Экранируем эти витые пары кожухами. Обязательно заземляем станок, корпус компьютера. изолируем шпиндель от корпуса станка. Используем розетку с землей, размещаем станок подальше от болгарок, и других помехосоздающих машин. Сам системный блок компьютера должен быть закрыт, завернут на винты.
Моторные провода должны быть: витая пара (витая пара из за возможности перелома одинарного провода при частых изгибах имеет ограничение в применении ) и/или экран с соответствующим заземлением.
Для защиты от внутреннего и внешнего шума Необходимо применять заземления экрана кабеля на корпус. Незаземлённый экран может защитить провод от внешнего шума, работает как клетка Фарадея.
Но для шума, исходящего от кабеля в окружающую среду, незаземлённый экран – как мёртвому припарка.
Самое чувствительное к помехам место – провода от контроллера к драйверу, если они есть. Необходимо сделать провода питания драйверов витой парой или так же, как моторные провода.
Если для разных компонентов станка используются разные источники питания, то нужно сделать GND общим, а если сделать их GND раздельными, то соединить эти GND через дроссель миллигенри примерно так на 20-50.
Ненужно стягивать разнородные провода (питания, моторные, контроллер-драйвер) в один пучок.
Ненужно ломать витую пару: сгибать её с радиусом меньше допустимого радиуса изгиба (обычно это 4-5 диаметров провода, т.е. 1).
В случае движения в одном направлении оси с малой скоростью, а обратно несколькими рывками на полной скорости с остановками между рывками в этом случае должно помочь увеличение тока с драйвара на мотор и уменьшение скорости (в первом случае) и/или ускорения (во втором случае), если конечно драйвер/мотор не слишком слабые.
Расстояние между рывками должно быть таким, конечно, чтобы ось успевала разгоняться до полной скорости. При скорости 600 мм/мин и ускорении 100 мм/сек2 ось достигает максимальной скорости на расстоянии 0.5 мм, 1200 мм/мин и 200 мм/сек2 – 1 мм, 1800 и 50 – 9 мм.
Необходимо установить правильное напряжение подаваемое на драйвер величина тока не устанавливается мгновенно, а растёт со временем от нуля, пропорционально напряжению и обратно пропорционально индуктивности.
Внутри шагового двигателя есть этектромагниты, т.е. катушки. Катушки обладают индуктивностью.
Ток в катушке обладает инерцией. Он не может возрасти мгновенно.
При подаче напряжения он от нуля постепенно увеличивается. Чем больше напряжение, тем быстрее ток увеличивается. Если напряжение небольшое, то ток к концу шага может и не вырасти до нужной величины, т.е. мотор не провернётся.
А при большем напряжении ток вырастет быстро, и мотор повернётся куда надо когда надо. В начале шага драйвер подаёт на мотор всё напряжение, которое даёт источник питания.
Как только ток достигает нужного значения, драйвер обрубает напряжение до определённой величины, и дальше уже ток постоянный и да, работает закон Ома.
При большем напряжении ток изменяется быстрее, соответственно помехи от него больше.
Например, драйвер может работать с напряжением от 10 V до 40 V.
Проводим тест сначала при 12 V, потом тот же тест при 36 V.
Если стало лучше, значит дело было в несоответствующем мотору напряжении.
Формула расчёта оптимального напряжения блока питания
(однако оно часто оказывается выше допустимого для драйвера+мотора):
V=32*Sqrt(L)
где V – напряжение в вольтах, L – индуктивность в mH (в миллигенри),
или упрощённо – от 4 до 20 раз больше напряжения, указанного на моторе.
Если стало хуже, значит дело в помехах от тока моторов.
Если шаги пропадают на пути от Mach3 до контроллера, то в Mach3 можно попробовать увеличить длину Step Pulse и Dir Pulse вплоть до максимального воспринимаемого значения 15 (оптимально 5)– это в Config / Motor Tuning, отдельно для каждой оси.
А также сделать длину максимальной, включив Sherline 1/2 Pulse mode – это в Config / Ports and Pins, страница Port Setup and Axis Selection. На этой же странице можно увеличить Kernel Speed до максимума – 100 kHz. (на практике не используется).
Если связь компьютера то станком идёт через Ethernet или USB, то можно попробовать уменьшить Max Step Frequency до минимума – это в PlugIn Control, если вообще есть.
Если связь компьютера cо станком идёт прямо через LPT порт, то это тяжёлый случай, потому что нет возможности увидеть, что связь со станком потеряна, т.к. после потери связи и её возобновления Mach3 продолжает работать как ни в чём не бывало, хотя во время потери связи данные посылались в никуда.
При начальном пропуске шагов необходимо.
1. Переключиться на более крупный микрошаг (меньше микрошагов в полном шаге): лучше предсказуемый крупный микрошаг, чем непредсказуемый мелкий.
2. Повысить ток.
3. Заменить драйвер и/или мотор на более мощные.
Насколько мелким имеет смысл делать микрошаг?
Ответ: Зависит от мотора, но скорей всего не мельче 1/16.
Точность у шаговых двигателей 1.8° и 0.72° (соответственно 2-фазный 200 шагов/оборот и 5-фазный 500 шагов/оборот) имеют механическую точность ± 3 arc minutes (0.05°).
Механическая точность 0.05° означает, что мотор может позиционироваться с точность 0.05°. Не важно, насколько точный сигнал ты на него подашь, точность позиционирования всё равно будет не выше 0.05°, хоть ты тресни повернул ли ты мотор на 1 градус или на 360, одним движением или в несколько приёмов – точность позиционирования всё равно 0.05°.
В целях простоты ограничимся простейшим мотором 1.8° (т.е. 2-фазный 200 шагов/оборот).
Один 1/16 микрошаг поворачивает его на 0.1125°.
Один 1/32 микрошаг – на 0.05625°.
А механическая точность его, как мы помним, 0.05°
Так что 1/32 микрошаг ну совершенно не имеет смысла. 1/16 тоже не сильно осмыслен – точность будет пол микрошага
Более плавное движение при более мелком микрошаге – это хорошо, но лучше грубое предсказуемое движение, чем плавное и тихое непредсказуемое.
Для моторов наимельчайший микрошаг, который ещё в какой-то степени имеет смысл при отсутствии обратной связи – это 1/16 для двухфазного и 1/8 для пятифазного.
Усовершенствование контроллера на схеме TB6560
Проблемы в работе контроллера шагового двигателя на TB6560 приводят к тому, что на быстрых скоростях или больших токах (не превышающих возможности TB6560) ШД начинают выть и резонировать, дёргаться вместо вращения даже на низких скоростях движения, шум двигателей, вызванный ШИМом, был “рваный”, с пропусками. Обычно проблемы списываются на двигатели но доработка платы может решить проблемы пропуска шагов.
Для устранения данного дефекта потребуются высокодобротные (большие) конденсаторы 1…2,2 мкФ х 63 В (или выше). Можно использовать плёночные К73-17, или любые импортные аналоги.
Конденсаторы подпаиваются максимально близко к выводам силового питания TB6560 ( 8 и 10; 15 и 18).
После этого от каждого из двух силовых земляных выводов (выв. 10 и 15) отдельным толстым проводом земля проводится до минусового контакта подачи силового питания 24 В. (гальваническая земля между ними уже есть, но она не годна как силовая).
Силовое дублирование плюсовой цепи не требуется.
После доработки контроллер выдаёт чистый звук двигателей и одинаковую безотказную работу всех каналов с увеличившимся моментом и заметно возросшей предельной скоростью (частотой вращения).
Также более адекватно стали работать регулировки усилия и отката (имеющимися дип-выключателями на плате в каждом канале).
Информация наведена для ознакомления и не имеет реального применения. Судите сами конденсатор сам по себе диэлектрик для постоянного тока и проводник для переменки. Подключая конденсаторы к контактам ( 8 (Напряжение питания двигателя (фаза B)) и 10 (Силовая земля); 15 (Силовая земля) и 18 (Напряжение питания двигателя (фаза A))) переменную составляющую сигнала сбрасываем на землю и получаем действительно плавную непредсказуемую работу шагового двигателя. Проще говоря работа тихая но непредсказуемая.
