Переходные процессы в шаговом двигателе и в системе его упра

[rais]

Здраствуйте.
Читал я тут на досуге книгу одну. Автор некто Т. Кенио. Называется - Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления.
В этой книге есть четвертая глава. Там описаны переходные процессы шагового двигателя при одном шаге.
Мысли у меня появились такие (вместе с вопросами). Мы ведь можем считать контроллер, драйвер и сам ШД единым блоком с точки зрения теории управления. Эдаким "черным ящиком". Этот блок мы понимаем как импульсную систему, но вот вопрос: если мне по своим нуждам не особо важен момент, создаваемый двигателем, а больше важна скорость его вращения, то я могу ведь описать этот блок как преобразователь "частота импульсов - скорость вращения"?
С другой стороны момент на валу и скорость вращения между собой имеют некоторую связь. Единственное, что я об этом слышал - "с ростом скорости вращения вала момент понижается". Однако мы не будем забывать, что ШД это не просто двигатель постоянного тока и его скорость (в идеальном случае) не во всех местах непрерывна, что приводит нас к вопросу: Что здесь понимается под скоростью вращения, чем она задается? Ок, мы говорим, мол, от скорости вращения мы можем перейти к частоте отработки шагов. Но это только для полношаговго режима. Даже к полушаговому это вряд ли относиттся. А как насчет микрошагового режима? В этом режиме мы управляем ШД как обычным синхронным или асинхронным (путаю я их), но все равно - какая бы дискретность у нас не была мы никогда не обеспечим линейности изменения токов обмоток, а потому и линейности вращения двигателя.
Так же интересно влияние нагрузки на валу на передаточную функцию. Нагрузка ведь разной может быть - и осевой и радиальной...
Может кто знает где про это прочитать можно?
По ходу пьесы у меня, скорее всего, еще будут возникать вопросы...

[Xey]

Если для дела, то лучше сервопривод . Есть 1.3 - 1.7 миллионов импульсов на оборот. Точность позиционирования до импульса, никаких просчетов. Динамика настраивается в широких пределах.
По сравнению с ними шаговые моторчики с их микрошагами очень бледно выглядят.
Например здесь и серво, и шаговые http://dmotor.ru/

[rais]

Я не прошу совета по выбору конкретной реализации. Мне не нужна точность позиционирования. Мне нужна точность в профиле скорости.
И шаговый двигатель меня интересует в контексте теории автоматического управления (когда он в купе с контроллером и драйвером).

[e2e4]

Цитата:

если мне по своим нуждам не особо важен момент, создаваемый двигателем, а больше важна скорость его вращения, то я могу ведь описать этот блок как преобразователь "частота импульсов - скорость вращения"?

Да, использование шаговых двигателей для создания непрерывного вращающего момента возможно.

Цитата:

В этом режиме мы управляем ШД как обычным синхронным или асинхронным (путаю я их)

синхронным с явно выраженными полюсами.

Цитата:

но все равно - какая бы дискретность у нас не была мы никогда не обеспечим линейности изменения токов обмоток, а потому и линейности вращения двигателя.

Существуют еще такие явления, как индуктивность и инерция, так что в хорошем приближении обеспечим плавность изменения токов и более-менее равномерное вращение вала двигателя. А вот насколько все это будет плавно зависит как от конструкции и обмоточных данных двигателя, так и от алгоритмов управления преобразователя.

Цитата:

Единственное, что я об этом слышал - "с ростом скорости вращения вала момент понижается".

Для этого типа машин крутящий момент будет сначала константой при росте частоты вращения (мощность растет), потом - уменьшающимся по прямой линии (при выходе на максимум питающего напряжения) - мощность константа.

Цитата:

Так же интересно влияние нагрузки на валу на передаточную функцию. Нагрузка ведь разной может быть - и осевой и радиальной...

Это все вопрос подвеса (подшипников) двигателя. На интересующие вас характеристики двигателя со стороны нагрузки влияет только тормозной момент .

Цитата:

И шаговый двигатель меня интересует в контексте теории автоматического управления (когда он в купе с контроллером и драйвером).

В рамках теории то, о чем вы говорите, называется вентильным двигателем.

[rais]

Нашел статью "Stepper Motor Model for Dynamic Simulation". Автор Alexandru Morar.
Никак не могу сообразить - что это за элементы такие - квадраты с точками на рисунке 3.

@e2e4
А где про это подробнее прочитать можно?

[rais]

Те самые квадраты с точками - операторы умножения. Плохо отпечатана звездочка.
Интересно еще было бы знать как для двигателя $k_m$ определить.
Конечно, для упрощения его можно взять равным единице. Но вот для реального двигателя...

[anik]

rais
Вы бы не могли конкретнее написать что Вам нужно. Стабилизировать скорость вращения при изменяющейся нагрузке, или сделать следящий привод по скорости, или что-то другое? Система управления существенно зависит от динамических характеристик нагрузки на валу. Как она изменяется, от чего зависит?

[rais]

Моя задача - изменять скорость вращения по заданному закону.
На валу нагрузка - CD-диск, возможно, нечто подобное.
Сейчас пытаюсь запустить ту модель шагового двигателя, что нашел.

[anik]

А кто задаёт закон изменения скорости? Нужен просто СД привод с разными скоростями или закон упраления зависит от другого устройства или задаётся "пользователем" произвольно?

-- Чт мар 21, 2013 17:01:46 --

Можно задать такую "ступеньку" по скорости, что ни один двигатель не отработает.

[rais]

Да, закон изменения скорости задается пользователем. Для контроллера он выглядит лишь как последовательность временных задержек между импульсами для выполнения микрошага.
Сейчас у меня стоит задача - смоделировать двигатель. Та статья, что я нашел - этому посвящена. Но там есть коэффициент $k_m$. Сказано, что он зависит от реализации двигателя. Но вот какой он должен быть и как его узнать пока не могу сообразить.

[anik]

rais в сообщении #699228 писал(а):

Сейчас у меня стоит задача - смоделировать двигатель. Та статья, что я нашел - этому посвящена. Но там есть коэффициент $k_m$ . Сказано, что он зависит от реализации двигателя. Но вот какой он должен быть и как его узнать пока не могу сообразить.

Простите за назойливость, но у вас какая задача: сделать практическое устройство в единичном экземпляре или чисто учебная? Если учебная, тогда я пас. Если практическая, то можно оценить максимальную мощность на валу (нагрузка чисто инерционная и зависит от возможного углового ускорения), и выбрать двигатель с моментом чуть большим, чтобы не было пропусков шагов.
Смысл коэффициента $k_m$ из статьи не понятен, он там не расшифрован (просто зависит от конструкции) и навряд ли этот коэффициент задаётся для конкретных двигателей как параметр или техническая характеристика.

[rais]

anik в сообщении #699244 писал(а):

Простите за назойливость, но у вас какая задача: сделать практическое устройство в единичном экземпляре или чисто учебная?

Задача - учебная. С изготовлением устройства и дальнейшем его использованием.

anik в сообщении #699244 писал(а):

Если практическая, то можно оценить максимальную мощность на валу (нагрузка чисто инерционная и зависит от возможного углового ускорения), и выбрать двигатель с моментом чуть большим, чтобы не было пропусков шагов.

Неплох совет. Буду думать.

[nikvic]

rais в сообщении #699365 писал(а):

Задача - учебная. С изготовлением устройства и дальнейшем его использованием.

В этом случае кажется странным выбрать в качестве прототипа шаговый двигатель. BLDC(PMSM)?

[rais]

Цитата:

В этом случае кажется странным выбрать в качестве прототипа шаговый двигатель. BLDC(PMSM)?

Шаговиком проще управлять. В плане задания ему скорости вращения.
Обычным ДПТ труднее управлять - ему нужен разго и ему нужна остановка. Шаговому двигателю они также нужны, но разгон и стоп могут быть гораздо более резкими, чем на ДПТ.
Я пока внутрь данного мне двигателя не залазил, так что не могу еще сказать с постоянными он магнитами или гибридный. Говорят, есть еще двигатели с переменным магнитным сопротивлением.

[anik]

rais в сообщении #699385 писал(а):

Я пока внутрь данного мне двигателя не залазил

И не вздумайте! Иначе Вы его не соберёте, или он не будет работать.

-- Чт мар 21, 2013 22:55:53 --

А драйвер у Вас управляется микроконтроллером?