Алгоритм управления шаговым двигателем ? Опции

[rihkov]

Нужен пример, алгоритм управления шаговым двигателем?
Я не разу не видел и не знаю как пишется 100% оптимальный, проверенный временем алгоритм управления шаговым двигателем.
Я пишу свои алгоритмы управления, но кажется что всё должно быть совсем не так?
[code]
{
SetPortVal(0x378,0,1);
for(; i < 5; i++)
{
if(i == 1)
{
SetPortVal(0x378,1,1);
Sleep(100);
}
else
if(i == 2)
{
SetPortVal(0x378,2,1);
Sleep(100);
}
else
if(i == 3)
{
SetPortVal(0x378,4,1);
Sleep(100);
}
else
if(i == 4)
{
SetPortVal(0x378,8,1);
Sleep(100);
i = 0;
}
}
}

[upc2]

Подскажите алгоритм переключения фаз вашего ШД.
И , что у вас за функция? Устанавливает соответствующий Bit в байте?

[Wiener]

Посмотри на www.platan.ru в разделе "документация" есть подшивки журнала "Схемотехника", там есть серия статей по работе с ШД.

[fantasy]

см. http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/ - классика по subj. Далее советую присмотреться к апнотам от STM на различные драйвера.

А в общем не существует "100% оптимальный, проверенный временем алгоритм управления шаговым двигателем", т.к. ШД с точки зрения теории управления достаточно сложный объект, т.к. как минимум обладает механическим резонансом на некотором _рабочем_ диапазоне скоростей и ярко выраженной зависимостью момента двигателя от его скорости. Существуют и другие проблемы, которые также приходится решать в каждой задаче индивидуально, и зачастую они "растут" от упомянутых мной проблем. Поэтому даже для казалось-бы похожих задач приходиться подгонять "универсально-отлаженный" алгоритм управления. Так что как - учите сначала теорию.
з.ы.: ничего личного...

Сообщение отредактировал fantasy - Feb 3 2006, 11:36

[defunct]

Я пишу свои алгоритмы управления, но кажется что всё должно быть совсем не так?

Для 4-х фазника (без общей земли) все именно так, как Вы пишете.
В обратную сторону - 8 4 2 1.

[dm_mur]

Нужен пример, алгоритм управления шаговым двигателем?
Я не разу не видел и не знаю как пишется 100% оптимальный, проверенный временем алгоритм управления шаговым двигателем.
Я пишу свои алгоритмы управления, но кажется что всё должно быть совсем не так?
[code]
{
SetPortVal(0x378,0,1);
for(; i < 5; i++)
{
if(i == 1)
{
SetPortVal(0x378,1,1);
Sleep(100);
}
else
if(i == 2)
{
SetPortVal(0x378,2,1);
Sleep(100);
}
else
if(i == 3)
{
SetPortVal(0x378,4,1);
Sleep(100);
}
else
if(i == 4)
{
SetPortVal(0x378,8,1);
Sleep(100);
i = 0;
}
}
}

Неправильно. Для 4-фазника(типа ШД-4) нужно 1-2-3-6-4-С-9, т.е. чтобы ток протекал то через 1 то через 2 обмотки двигателя. Для 6-фазника (типа ШД-5) включают то 2 то 3 обмотки.

[rihkov]

Я управляю таким способом ДШИ 200-1-1

[defunct]

Неправильно. Для 4-фазника(типа ШД-4) нужно 1-2-3-6-4-С-9, т.е. чтобы ток протекал то через 1 то через 2 обмотки двигателя.

Странно, управляю именно таким способом (8421) через КМОП ключи 4-х фазниками EM-327/328 (epson). Подключение вида A-B-A'-B'.

[dm_mur]

Странно, управляю именно таким способом (8421) через КМОП ключи 4-х фазниками EM-327/328 (epson). Подключение вида A-B-A'-B'.

Пожалуй я погорячился, сказав "неправильно". Режим 8-4-2-1 - это полношаговый режим с одновременным включением одной фазы. Используется редко, т.к. в этом режиме не может быть получен полный момент, двигатель наиболее подвержен резонансу. Чаще используется полушаговый режим (1-3-2-6-4-С-9)- как раз тот, что я описал. Позволяет получить в два раза более мелкий шаг, чем полношаговый (8-4-2-1). Если же необходим полношаговый режим, то используют одновременное включие 2-х фаз (3-6-С-9) - получается полный момент и устойчивость к резонансу

[BVU]

А по моемому в управлении шаговым двигателем одно из серьезных ограничений накладивается параметром, как частота преемственности. Которая и обуславливает максимальную скорость позиционирования. Не превышая этого ограничения все должно работать в соответствии с теорией и паспортными данными ШД.

[dm_mur]

А по моемому в управлении шаговым двигателем одно из серьезных ограничений накладивается параметром, как частота преемственности. Которая и обуславливает максимальную скорость позиционирования. Не превышая этого ограничения все должно работать в соответствии с теорией и паспортными данными ШД.

Вы что-то путаете.

Во первых, не преемственность а приемистость. Это скорость (или частота импульсов), до которой двигатель можно разогнать скачком. Если нужно крутить быстрее - нужно разгонять (останавливать) плавно. Преемистость - не есть максимальная скорость.

[BVU]

Вы что-то путаете.

Во первых, не преемственность а приемистость. Это скорость (или частота импульсов), до которой двигатель можно разогнать скачком. Если нужно крутить быстрее - нужно разгонять (останавливать) плавно. Преемистость - не есть максимальная скорость.

Пардон, оговорился...
Именно это и хотел сказать, но получилось - коряво (давно данной темы не 'касался'). Приеместость верхний предел, инерционность - нижний (разгон/торможение). Исходя из этого алгоритм управления остается единым практически для всех ШД, отличие лишь будет заключаться во временах (разгон/торможение).

[ivan2006]

Уважаемые Господа,

может кто-нибудь сталкивался с проблемой быстрой раскрутки шаговых двигателей.
А именно:

1. Интересует по какому закону нужно изменять паузы (Sleep(x), x=x(n)), чтобы достичь нужной скорости за наиболее короткий промежуток времени.

2. Должен ли разгон быть равноускоренным, хотя бы в первом приближении?

3. Как влияет использование дробных шагов (не 1-3-2-..., а более мелких) на приемистость двигателя?

Двигатели - импортные, небольшой мощности, типа FL42STH.

[VslavX]

Уважаемые Господа,

может кто-нибудь сталкивался с проблемой быстрой раскрутки шаговых двигателей.
А именно:

1. Интересует по какому закону нужно изменять паузы (Sleep(x), x=x(n)), чтобы достичь нужной скорости за наиболее короткий промежуток времени.

2. Должен ли разгон быть равноускоренным, хотя бы в первом приближении?

3. Как влияет использование дробных шагов (не 1-3-2-..., а более мелких) на приемистость двигателя?

Двигатели - импортные, небольшой мощности, типа FL42STH.

Я, в-общем-то, небольшой спец по ШД, но попробую поделиться опытом.

1. Закон зависит в общем случае от способа запитывания обмоток - постоянным напряжением или током. В своих изделиях (в блоках печатающих механизмов, как правило двигатели со схемой 2-2) мы обычно применяем мосты со стабилизаторами тока. В этом случае неплохо работает аппроксимация постоянной мощности на валу - скорость растет по корню квадратному от времени. Соответственно шаги должны быть синхронизированы со скоростью. Если же питать обмотки фиксированным напряжением (более простая схема драйверов) - то нужно учитывать ЭДС наводимую сердечником, увеличивающуюся со скоростью и уменьшающую эффективное напряжение и ток (следовательно прикладываемую мощность для разгона).

2. Не обязательно. В-общем, для равноускоренного разгона нужно наращивать мощность вкачиваемую в обмотки по квадрату, либо изначально иметь достаточный запас мощности - что не способствует быстрейшему разгону. Наибыстрейший разгон - изначально прикладываем максимум возможной мощности и синхронизируемся с нарастаемой скоростью.

3. Из нашего практического опыта - положительно - в том смысле, что фаза меняется более плавно,
двигателю легче стартовать - момент изменяется менее скачкообразно, но при дроблении обычно прикладывается меньшая мощность - время разгона растет - нужно больше шагов. Еще положительный момент дробления шагов - снижение механического шума и вибраций, иногда значительное.

Есть еще такая проблема - когда двигатель уже разогнан и вышел на режим, то очень желательно поддерживать длительность шагов постоянной - разброс не более 5%. Например частота шагов 4 кГц - это 250 мкс, для медленных процессоров и с неудачно написанными обработчиками прерываний довольно легко выйти за предел 5% (12.5 мкс) - тогда на двигателе может возникнуть "помпаж" и вплоть до остановки. Конечно, тут речь идет о режимах и скоростях недостигаемых при простом "старте с места".

Иногда еще полезно учитывать величину и изменения нагрузки - например, приходилось корректировать разгон в зависимости от количества чернил в струйной головке - масса прилично различалась, приходилось это учитывать. Потом, правда, просто умощнили двигатель и забили на это

[ivan2006]

2 VslavX
Большое спасибо за ответ.

Да, с равноускоренным разгоном я ошибся.
Сейчас прикинул на бумажке, действительно если нагрузка инертная, при постоянной мощности - паузы должны менятся как обратный квадратный корень. А если как в нашем случае - с постоянным напряжением и наличием индуктивности обмоток то как обратный кубический корень. Оба вроде бы должны быстро вычислятся с помощью сложения-умножения.

Со стабильностью шагов, думаю проблем не возникнет - планируем поставить ПЛИС с такт. частотой 100МГц, и тогда никаких прерываний, загруженных процессоров и т.п.

А вот вы написали про синхронизацию шагов со скоростью - это как?
Вообще - как можно отслеживать вращение? т.е. нужно делать какой-то механический энкодер, или можно просто смотреть на какой-нибудь сдвиг тока по фазе?

[rihkov]

Этот алгоритм который я приводил в самом начале работает с перебоями, я проверял длительность импульсов на LPT логическим анализатором, и всё работает в разнобой, то один импульс длиннее других то два, и т.п.
Переделал вот так:

Код

while(a)
   {
      
       SetPortVal(0x378,1,1);
       Sleep(valstep);

       SetPortVal(0x378,2,1);
       Sleep(valstep);

       SetPortVal(0x378,4,1);
       Sleep(valstep);

       SetPortVal(0x378,8,1);
       Sleep(valstep);

   }

И установил режим порта в SPP , работает один к одному (тоесть все импульсы одинаковые), но теперь проблема с изминением частоты ( с задержкой Sleep(valstep), какое минимальное значение задержки можно задать с использованием Sleep() ?
Если можно приведите пример своих алгоритмов по работе с ШД ?

[Tanya]

2 VslavX
Большое спасибо за ответ.

Да, с равноускоренным разгоном я ошибся.
Сейчас прикинул на бумажке, действительно если нагрузка инертная, при постоянной мощности - паузы должны менятся как обратный квадратный корень. А если как в нашем случае - с постоянным напряжением и наличием индуктивности обмоток то как обратный кубический корень. Оба вроде бы должны быстро вычислятся с помощью сложения-умножения.

Со стабильностью шагов, думаю проблем не возникнет - планируем поставить ПЛИС с такт. частотой 100МГц, и тогда никаких прерываний, загруженных процессоров и т.п.

А вот вы написали про синхронизацию шагов со скоростью - это как?
Вообще - как можно отслеживать вращение? т.е. нужно делать какой-то механический энкодер, или можно просто смотреть на какой-нибудь сдвиг тока по фазе?

По поводу постоянной мощности на валу. Это правильно не всегда. Вот при малой скорости мощность ограничивается максимальной силой (током) в обмотке. Поэтому при небольших скоростях получается сам собой режим постоянного ускорения.
А под синхронизацией автор подразумевал, наверное, зависимость ускорения от текущей скорости. Иными словами - ускорение x скорость = const

[VslavX]

А вот вы написали про синхронизацию шагов со скоростью - это как?

Когда-то давно я "для себя" принял модель ШД в виде этакого линейного ускорителя заряженных частиц. То есть полюс сердечника ("частица") последовательно проходит полюса статора ("кольца ускорителя"). И полюса статора должны менять фазу синхронно с прохождением сердечника, чтобы получилось ускорение. Поскольку расстояние между полюсами одинаковое, то чем быстрее движется сердечник, тем чаще надо изменять фазу. Вот и все что я имел ввиду под синхронизацией - длительность шага должна быть обратно пропорциональна текущей скорости.

Вообще - как можно отслеживать вращение? т.е. нужно делать какой-то механический энкодер, или можно просто смотреть на какой-нибудь сдвиг тока по фазе?

Отслеживать, конечно, можно (правда практически мне этого делать не приходилось). Но ШД хороши именно тем что если вы соблюдаете режимы, то всегда можно точно (+-люфт) сказать положение двигателя.
Посмотрите, например, любой ударный или струйный принтер Epson - головки обычно на ШД-приводе и только один датчик (иногда - два) крайнего положения. И при печати и смене направления движения головы эти датчики далеко не на каждый проход задействуются (потому как - время надо тратить - скорость печати упадет) - то есть точность позиционирования сохраняется и достаточно высокая - 150-300dpi по крайней мере).

[VslavX]

По поводу постоянной мощности на валу. Это правильно не всегда. Вот при малой скорости мощность ограничивается максимальной силой (током) в обмотке. Поэтому при небольших скоростях получается сам собой режим постоянного ускорения.

Конечно не всегда. Это очень приблизительная аппроксимация и много чего не учитывает - например, рост механического сопротивления сил трения с ростом скорости.
А если ток с самого начала (в покое) ограничивается омическим сопротивлением обмоток - то ни о какой стабилизации тока и режиме постоянной мощности речи не идет. У нас "в режиме разгона при постоянной мощности" типовая ситуация - 8..12 вольтовый двигатель запитывается через мост с чоппером, который питается от 40..50V, и тогда все нормально - ток ограничивается именно стабилизатором. Да еще этот ток стабилизатора обычно управляется, минимум две-три ступени "удержание-номинал-взлетный режим", так что получается быстро, экономично и двигатели не греются. Правда, чипы управления обычно дорогие ($3-$10), так что такие схемы применяются не всегда.
Вообще, в последнее время, "нормальные" производители механизмов, которые номинально предполагают разгон (а не старт-стоп с места) прикладывают таблички разгона-торможения - если интересно - через недельку (как пойду на работу) могу закинуть такую табличку изменения шагов в процентах от номинала при разгоне. Там разгон до скоростей раза в 4 превышающих старт-стопные
(хотя, это, конечно, зависит от двигателя/нагрузки).

[defunct]

какое минимальное значение задержки можно задать с использованием Sleep() ?

Sleep() - 1ms минимальная не гарантированная задержка. В Windows она может затянуться на несколько минут, т.к. в системе есть потоки с более высоким приоритетом чем поток вашей программы.
На время тестирования закрывайте все приложения.

[rihkov]

Sleep() - 1ms минимальная не гарантированная задержка. В Windows она может затянуться на несколько минут, т.к. в системе есть потоки с более высоким приоритетом чем поток вашей программы.

Вся проблема заключается именно в этом, самая малая (ощутимая) задержка 15мс , а если поставить 1мс то результат тот же что и при 15мс. Как задать более меньшую задержку, есть другие способы ?

[BVU]

Возможно полезна будет ссылка:
http://kazus.ru/shemes/showpage/0/843/1.html

[VslavX]

Sleep() - 1ms минимальная не гарантированная задержка. В Windows она может затянуться на несколько минут, т.к. в системе есть потоки с более высоким приоритетом чем поток вашей программы.

Вся проблема заключается именно в этом, самая малая (ощутимая) задержка 15мс , а если поставить 1мс то результат тот же что и при 15мс. Как задать более меньшую задержку, есть другие способы ?

Можно использовать функцию QueryPerformanceCounter. В приложении - исходники простых функций задержек на указанное число милли- и микросекунд для Win32 и VC6. Единственное что - Win32 - вытесняющая многозадачность, поэтому функции гарантируют только что пройдет _минимум_ указанного времени. Несколько повышает точность измерения интервалов поднятие приоритета потока. Но вообще, если Вам надо точно управлять ШД, то про Win32 лучше забыть.

[rihkov]

Уважаемый "VslavX" вы присоеденили бытый архив!

[VslavX]

Уважаемый "VslavX" вы присоеденили бытый архив!

Да вроде бы - нормальный архив. Только что скачал и без проблем распаковал на другом компьютере (не на том с которого отправлял). Winrar - версия 3.0.
Ну держите тогда в развернутом виде.
(При copy/paste в текст сообщения (как из Far так и VC) чего-то кракозяблятся русские комментарии - так что снова попробую аттач) Любопытно, что файл с расширением ".c" почему-то приаттачить не получается - переименовал в ".txt", получилось. Сплошные глюки, однако

Сообщение отредактировал VslavX - Feb 11 2006, 09:26

[dronT78]

По поводу точности управления

1. Sleep согласно Posix определяет что задержка не может быть
меньше указаного значения, но может быть сколь угодно больше

2. Windows не Posix-совместимая система так что дела еще хуже

3. Есть интересная статья Разгон и торможение Windows NT

4. QueryPerformanceCounter прекрасная весчь как раз показывает реальное время выполнения Sleep - на APIC ядрах задержки кратны 15мс, при выключенном APIC - 10мс

5. Тестовый код для таймера можно утянуть здесь

И не забудьте что даже если поток один - он все равно переключается раз в 15 (10?) мсек и когда включится дальше - знает только Bill Gates

P.S. Есть однако попытки противостоять злобным буржуям

Будут успехи - пишите!

Сообщение отредактировал dronT78 - Feb 12 2006, 17:12

[INT1]

Динамические х-стики ШД от FLМ для различных режимов можно посмотреть на сайте производителя:
http://www.fullingmotor.com/
есть полезная инф. на :
http://www.electroprivod.ru

Сообщение отредактировал INT1 - Feb 13 2006, 05:55

[dronT78]

Поглядите еще связку
timeBeginPeriod
timeEndPeriod
Минимальное значение разрешающей способности 1 мс
реально - зависит от операционки и определяется через timeGetDevCaps
High Precision Event Timers поддерживаются только в XP
Вот ссылка на Microsoft
У меня более менее правильные результаты показывает при установке
timeBeginPeriod(1) начиная с 3 мсек (Sleep(3)) с погрешностью до 1 мсек в большую сторону
при тестах на AMD Athlon 64 3700+ WinXP SP2 и отсутствии загрузки другими процессами

Сообщение отредактировал dronT78 - Feb 14 2006, 17:01

[Stanley]

на самом деле Тут еще можно посмотреть полезную инфу по шаговым двигателям....переодически добавляют что-то новое!