acceleration/deceleration step motor Опции

[Maverick]

Никто ничего не выкладывает на форум, ничем не делиться
Ладно поделюсь я, может кому-то пригодиться...
Реализация разгона/торможения шагового двигателя (пока по трапециидальному закону, в дальнейшем можно встроить закон параболы и S образный закон, добавив дробный коеффициент для частоты reg_Fn).
Документ с описанием алгоритма, do файлы для моделсима, скриншот работы(jpg картинка), файлы описания, тестбенч - во вложении (архив 7z).
В общем:

Код

entity SMC is  -- Stepper_Motor_Controller
generic ( M : natural := 32 );
Port (
clk : in STD_LOGIC;
rst : in STD_LOGIC;
en     : in STD_LOGIC;  --enable work
dir     : in STD_LOGIC; --choice of direction acceleration/deceleration
Tmax : in STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0); -- maximum timing
Nsegment : in STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0); -- total segment acceleration/deceleration
T0 : in STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0); -- not used
Fmin : in STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0); --minimum  frequency
Fmax : in STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0); --maximum frequency
ena_work : out STD_LOGIC; --acceleration / deceleration time signal
out_shim : out STD_LOGIC );
end SMC;

Сильно не оптимизировал...
Конструктивная критика принимается.

Прикрепленные файлы

 Stepper_Motor_Controller.7z ( 407.49 килобайт ) Кол-во скачиваний: 51

 

[iosifk]

Просто делюсь, может кому-то пригодиться...
Сильно не оптимизировал...
Конструктивная критика принимается.

Еще бы немного доделать...
Вы используете параметры, но только где-то "внутри", а надо бы все их вывести на "топ", потому как если кто-то захочет перестроить проект, ну например при симуляции, то не пришлось бы лезть в "дебри"... А в идеале - два набора параметров - для отладки и для железа. А еще рараметр "дебаг-релиз"...
Ну и полное отсутствие комментариев и заголовка с фамилией или хотя бы с ником автора - не красиво...

[Maverick]

Еще бы немного доделать...
Вы используете параметры, но только где-то "внутри", а надо бы все их вывести на "топ", потому как если кто-то захочет перестроить проект, ну например при симуляции, то не пришлось бы лезть в "дебри"... А в идеале - два набора параметров - для отладки и для железа. А еще рараметр "дебаг-релиз"...
Ну и полное отсутствие комментариев и заголовка с фамилией или хотя бы с ником автора - не красиво...

спасибо, исправлю.
дополнение к пояснениям - в строке 125 файла SMC.vhd
reg_n <= "00000000000001111101000000000000"; -- значение бралось с "потолка" для симуляции

это значение 1 для пересчета частоты в период шима, в тактах частоты ПЛИС

T=1/reg_Fn

[Tanya]

Никто ничего не выкладывает на форум, ничем не делиться
Сильно не оптимизировал...
Конструктивная критика принимается.

Я с точки зрения правильной теории разгоняю так, чтобы энергия линейно росла или убывала от времени. И практика подтверждает эту правильность. Вот делюсь и критикую одновременно. Есть резонанс, который нужно учитывать.

[Maverick]

заметил баг(пока не знаю точно) в своей реализации:
если в тестбенче стоит Nsegment <= "00001111"; то вроде все коректно. смотреть значение reg_Fn (при разгоне оно должно быть максимально приблизиться к Fmax, при торможении к Fmin)
если меняю, например на Nsegment <= "00000111"; то некоректно - в конце участка торможения(в конце второго импульса reg_ena_work) не достигает Fmin (reg_Fn порядка 1000) и вначале при разгоне(в начале первого импульса reg_ena_work) есть сильный скачок в reg_Fn - первое 56 (Fmin), следующее порядка 4000
Участки разгона торможения можно видеть по reg_ena_work.
не могу понять причину.
прошу помощи....

upd объяснение этому можно дать, что это происходит, так как количество сегментов меньшее и соответственно приближение грубее...

[Doka]

Сильно не оптимизировал...
Конструктивная критика принимается.

не думали выложить на github.com ?
там удобнее отслеживать и развитие проекта (git) и связь с автором по найденным багам

[a123-flex]

Реализация разгона/торможения шагового двигателя

а как собираетесь траекторию пространственную исполнять ?
это должен planner просчитывать, или проект для такого не предназначен ?

[Maverick]

а как собираетесь траекторию пространственную исполнять ?
это должен planner просчитывать, или проект для такого не предназначен ?

встроенный процессор для чего?

[a123-flex]

встроенный процессор для чего?

Извиняюсь, а зачем тогда ПЛИС ?
Или вы хотите в режиме большого дробления работать ? Или специфический привод ?

В смысле ПЛИС и встроенный процессор это круто конечно, но при обычных условиях на обсчет траекторий и 300 команд сервиса достаточно процессора за 0.6$.
ПЛИС немного дороже)))

[Maverick]

Извиняюсь, а зачем тогда ПЛИС ?
Или вы хотите в режиме большого дробления работать ? Или специфический привод ?

В смысле ПЛИС и встроенный процессор это круто конечно, но при обычных условиях на обсчет траекторий и 300 команд сервиса достаточно процессора за 0.6$.
ПЛИС немного дороже)))

возможно.
мне нужна быстрота управления лазером при позиционировании как по шагам/микрошагам так и от encoder (квадратурный выход)...

[Golikov A.]

а я мутил в свое время систему с обратной связью для шаговика по энкодеру. В таком раскладе ускорения становятся ненужны, они всегда максимум что тянет мотор, а траектория задает ход системы.

[Maverick]

а я мутил в свое время систему с обратной связью для шаговика по энкодеру. В таком раскладе ускорения становятся ненужны, они всегда максимум что тянет мотор, а траектория задает ход системы.

можно попдробнее?

[Golikov A.]

ну дело было так.
Шаговики с энкодером и управлением степ-дир через драйвер и микрошаг был настроен на примерно 1 отсчет энкодера.
У нас есть положение мотора в микрошагах и есть положение мотора по энкодеру.
У схемы управления 2 задачи:
1 выставить шаги в желаемую точку
2 не дать мотору (реальному его положению) убежать от магнитного поля (заданному драйвером через микрошаги) больше чем на шаг чтобы не было срыва мотора.

дальше у нас есть set_point - желаемое положение схемы, real_point - положение текущее по счетчику шагов и ref_point - текущее положение по энкодеру.

каждый такт управления считаем (set_point- real_point) чтобы понять куда двигаться.
каждый такт управления делаем до N шагов, например если N = 10 и set_point - real_point = 1, делаем 1 шаг, если set_point - real_point = 4 - делаем 4 шага, если разность 11 и больше, делаем 10. (эта цифра определяется из необходимой частоты схемы управления и возможностей драйвера по шагам и необходимой "глубины" управления)

так же мы проверяем чтобы |real_point - ref_point| был меньше полного шага (полушага). то есть
needStep = (set_point- real_point);
если (|needStep| > N(максимального числа шагов за такт управления)) ограничиваем |needStep| до N
если после этого (|real_point + needStep - ref_point| > limit)) ограничиваем needStep так чтобы мы не превысили лимит.

это первая простая пропорциональная ступень.

к примеру мы стоим в 0, нам ставят попасть в точку 50, лимит по энкодеру 10, шагов на такт управления 5
ref_point = 0, real_point = 0; set_point = 50; limit = 10, N = 5;
1. NS = 50 - 0 = 50; 50 > 5 -> NS = 5; (0 + 5 - 0) < 10-> NS = 5; схема делает 5 шагов
схема начала разгоняться, пусть прошла 1 шаг
ref_point = 1, real_point = 5; set_point = 50;
2. NS = 50 - 5 = 45, 45 > 5 -> NS = 5; (5 + 5 - 1) < 10 -> NS = 5; схема делаем 5 шагов
схема продолжает разгон, пусть прошла еще 2 шаг
ref_point = 3, real_point = 10; set_point = 50;
3. NS = 50 - 10 = 40, 40 > 5 -> NS = 4; (10 + 5 - 3) > 10 -> NS = 3; схема делает 3 шага
и так далее... в целом мотор может потом догнать схему управления и они пойду вместе, а может так и отставать до самого конца. величина насколько можно упустить мотор от поля определяет ускорение схемы (так как это сила с которой мотор тянет), а также величину перерегулирования.

При разгоне схема будет держать силу тяги в + 10 шагов, разгоняя мотор, если эта величина будет в полшага (в шаг по некоторым источникам), это будет максимально эффективный разгон
когда достигнута точка 50, NS = 0 до тех пор, пока мотор по инерции не пролетит это значение, дальше магнитное поле побежит за мотором, оно будет держать "силу тяги" в -10 шагов, тормозя мотор, если это величина будет в полшага (шаг по некоторым источникам) - то это будет максимально эффективное торможение. Сила торможения начнет нарастать сразу как мотор перейдет точку 50

При этом если при резонансах мотор кинет через пару шагов, схема это прекрасно отработает подвинув поле за мотором. Число шагов на такт регулирования определяет эту "глубину" управления, то есть какого уровня выбросы схема может отработать, быстро подвинув поле.

Дальше на это наворачивается уже следующая ступень управления, которая двигает set_point по желаемой траектории движения, мотор отработает эту траекторию, если ему хватит на это сил. Это новое звено уже может иметь интегральные и диф звенья для выполнения необходимой задачи по движению и конечному положению.

[Maverick]

спасибо за столь развернутое объяснение

[a123-flex]

ну дело было так.

хитроумно.

Но с точными перемещениями на известной нагрузке схема проигрывает стандартному стеку в точности - насколько я понимаю в Вашей
схеме привод будет прецессировать +- N шагов вокруг заданной траектории по каждой оси, или примерно 2*N на 3 осях, что, при N=2 уже равно 4 шагам. Такая потеря точности для некоторых применений недопустима.

На неизвестной нагрузке наверно схема себя окупает.

[Golikov A.]

Известная нагрузка - это весьма условная штука. По мере засорения привода, высыхания смазки, выроботки рельс, а особенно на прецизионных приводах все это плывет. Обычная практика взять мотор с запасом, и дат току с запасом. Если есть переменный объект движения, то подобрать кривые с запасом. Если запасы невелики получается муторная настройка системы или не максимальные ее характеристики. А если добавить еще резонансы моторов помноженные на резонансы системы то совсем грустно.

Однако нет такой потери точности относительно системы со "стандартным стеком". Если у вас мотор может отработать траекторию без отставания в случае посчитанных шагов, то и тут он это сделает точно также. Если не может, то и в обычном случае он отстанет. Другое дело что предложенная система это увидит и не даст магнитному полю улететь от мотора на срыв шагов, а в обычном случае идут банальны пропуски шагов. Дальше вопрос сигнализации этого факта.

[a123-flex]

Известная нагрузка - это весьма условная штука. По мере засорения привода, высыхания смазки, выроботки рельс, а особенно на прецизионных приводах все это плывет. Обычная практика взять мотор с запасом, и дат току с запасом. Если есть переменный объект движения, то подобрать кривые с запасом. Если запасы невелики получается муторная настройка системы или не максимальные ее характеристики. А если добавить еще резонансы моторов помноженные на резонансы системы то совсем грустно.

Не знаю насколько по Вашему прецизионен smd placer - автомат... Но там все указанные проблемы успешно решаются - placer по регламенту положено смазывать (убийство направляющих - для идиота - обслуживание ГОРАЗДО дешевле станка). Корректно обслуженный аппарат работает 24/7 годами.

Что касается резонансов, то я знаю, как аппарат выстраивают - даже тупой драйвер Leadshine имеет встроенные алгоритмы исключения резонансов, не говоря уже о средствах более высокого уровня, типа планировщика. Так что в рабочей системе их можно исключить. Полностью.

Однако нет такой потери точности относительно системы со "стандартным стеком". Если у вас мотор может отработать траекторию без отставания в случае посчитанных шагов, то и тут он это сделает точно также. Если не может, то и в обычном случае он отстанет. Другое дело что предложенная система это увидит и не даст магнитному полю улететь от мотора на срыв шагов, а в обычном случае идут банальны пропуски шагов. Дальше вопрос сигнализации этого факта.

Возможно, подойти к вопросу с другой стороны ? Вы ведь пользуетесь энкодером, значит сравниваться нужно с ним ?
В стандартной системе с энкодером можно обнаруживать срыв и динамически подстраивать допустимый момент в настройках проекта..
После этого привод станет абсолютно точным)

[Golikov A.]

Хм... хотите сказать что в СМД плайсере управление моторами без обратной связи, просто расчетное? Понятно что вес смд компонента ничтожен по сравнению с манипулятором, и можно его не считать вообще. И грязи от обрабатываемых элементов в них тоже нету. Но все равно как-то мне слабо вериться в отсутствие обратных связей в приводах. Я без наезда, просто мысли)

Что касается резонансов, то я знаю, как аппарат выстраивают - даже тупой драйвер Leadshine имеет встроенные алгоритмы исключения резонансов

Эти системы играют злую шутку если надо абсолютно синхронизовать несколько осей, особенно если есть требование неизменной общей скорости.

В стандартной системе с энкодером можно обнаруживать срыв и динамически подстраивать допустимый момент в настройках проекта..

нам не подошло такое решение)

Собственно я не настаиваю, есть разные решение, я предложил одно из

[a123-flex]

Хм... хотите сказать что в СМД плайсере управление моторами без обратной связи, просто расчетное? Понятно что вес смд компонента ничтожен по сравнению с манипулятором, и можно его не считать вообще. И грязи от обрабатываемых элементов в них тоже нету. Но все равно как-то мне слабо вериться в отсутствие обратных связей в приводах. Я без наезда, просто мысли)

Абсолютно нет. Совершенно точно есть. Я просто говорил о том, что этим можно пользоваться по-разному.

нам не подошло такое решение)
Собственно я не настаиваю, есть разные решение, я предложил одно из

Ваше решение очень даже изящное, а поднять целиком весь стек - достойно уважения.

Эти системы играют злую шутку если надо абсолютно синхронизовать несколько осей, особенно если есть требование неизменной общей скорости.

В сложной системе все играет злую шутку, и мастерство - в том, чтобы эти шутки замаскировать)

[Golikov A.]

Тогда я заинтересовался Можно хотя бы грубо (схематично) как выглядит обработка и управление у вас? Слои стека и все такое?

[a123-flex]

Тогда я заинтересовался Можно хотя бы грубо (схематично) как выглядит обработка и управление у вас? Слои стека и все такое?

grbl) пока.
Мы не стали выпиливать свою систему управления, было много проблем и без этого.
В итоге начали прикручивать внешние энкодеры, навесили их снаружи, даже не успели внутрь засунуть - проект рухнул в другом месте.
Сейчас все на паузе.

Вообще, мне очень стыдно в этом признаваться.
Но у меня возникло ощущение, что grbl закрывает практически все возможные хотелки.

[Golikov A.]

ну... G коды создать тоже задача. И не все системы рулятся г кодами.
Спасибо за наводку, изучу.

[a123-flex]

ну... G коды создать тоже задача. И не все системы рулятся г кодами.
Спасибо за наводку, изучу.

Нет такой задачи. Есть миллион готовых конверторов + миллион оболочек управления.

Профессиональные разработчики не могут видеть такое, тк у них от етого кровь из глаз.
Но это все равно есть.

[Maverick]

реализация, где можно задавать любые параметры - количество сегментов разгона/торможения, длительности сегмента разгона/торможения и значение периода для PWM для каждого сегмента разгона/торможения

Прикрепленные файлы

 sim_smc.7z ( 62.19 килобайт ) Кол-во скачиваний: 18