Im Ingenieurwesen ist bekannt, dass mechanische Toleranzen einen großen Einfluss auf die Präzision und Genauigkeit aller erdenklichen Geräte haben, unabhängig von ihrer Verwendung. Dies gilt auch fürSchrittmotoren. Ein Standard-Schrittmotor hat beispielsweise eine Fehlertoleranz von etwa ±5 Prozent pro Schritt. Dabei handelt es sich übrigens um nicht kumulative Fehler. Die meisten Schrittmotoren bewegen sich 1,8 Grad pro Schritt, was zu einer potenziellen Fehlerspanne von 0,18 Grad führt, obwohl wir von 200 Schritten pro Umdrehung sprechen (siehe Abbildung 1).
2-Phasen-Schrittmotoren – GSSD-Serie
Miniatur-Stepping für Genauigkeit
Bei einer standardmäßigen, nicht kumulativen Genauigkeit von ±5 Prozent ist die Mikroschrittsteuerung des Motors die erste und logischste Möglichkeit zur Erhöhung der Genauigkeit. Mikroschrittsteuerung ist eine Methode zur Steuerung von Schrittmotoren, die nicht nur eine höhere Auflösung, sondern auch eine gleichmäßigere Bewegung bei niedrigen Geschwindigkeiten ermöglicht, was in manchen Anwendungen von großem Vorteil sein kann.
Beginnen wir mit unserem 1,8-Grad-Schrittwinkel. Dieser Schrittwinkel bedeutet, dass jeder Schritt mit zunehmender Verlangsamung des Motors einen größeren Anteil am Ganzen ausmacht. Bei immer langsameren Geschwindigkeiten führt die relativ große Schrittweite zu einem Ruckeln des Motors. Eine Möglichkeit, diese verminderte Laufruhe bei langsamen Geschwindigkeiten zu verringern, besteht darin, die Größe jedes Motorschritts zu reduzieren. Hier wird Mikroschritten zu einer wichtigen Alternative.
Mikroschritte werden durch die Pulsweitenmodulation (PWM) zur Steuerung des Stroms zu den Motorwicklungen erreicht. Der Motortreiber liefert zwei Sinuswellen an die Motorwicklungen, die jeweils um 90 Grad phasenverschoben sind. Während also der Strom in einer Wicklung ansteigt, sinkt er in der anderen Wicklung ab. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Bewegung und einem konstanteren Drehmoment als bei einer herkömmlichen Vollschritt- (oder sogar Halbschritt-)Steuerung (siehe Abbildung 2).
einachsigSchrittmotor-Controller + Treiber arbeitet
Bei der Entscheidung für eine höhere Genauigkeit durch Mikroschrittsteuerung müssen Ingenieure die Auswirkungen auf die übrigen Motoreigenschaften berücksichtigen. Zwar lassen sich durch Mikroschrittsteuerung die Gleichmäßigkeit der Drehmomentabgabe, die Bewegung bei niedrigen Geschwindigkeiten und die Resonanz verbessern, doch verhindern typische Einschränkungen bei Steuerung und Motordesign das Erreichen der idealen Gesamteigenschaften. Aufgrund des Betriebs eines Schrittmotors können Mikroschrittantriebe eine echte Sinuswelle nur annähernd erzeugen. Das bedeutet, dass Drehmomentwelligkeit, Resonanz und Rauschen im System verbleiben, obwohl diese durch Mikroschrittbetrieb deutlich reduziert werden.
Mechanische Genauigkeit
Eine weitere mechanische Anpassung zur Steigerung der Genauigkeit Ihres Schrittmotors ist die Verwendung einer geringeren Trägheitslast. Wenn der Motor beim Stoppen an einer großen Trägheitslast befestigt ist, führt die Last zu einer leichten Überdrehung. Da es sich dabei oft um einen kleinen Fehler handelt, kann dieser über die Motorsteuerung korrigiert werden.
Kommen wir abschließend noch einmal zum Controller. Diese Methode erfordert möglicherweise etwas technischen Aufwand. Um die Genauigkeit zu verbessern, empfiehlt sich die Verwendung eines Controllers, der speziell auf den von Ihnen gewählten Motor optimiert ist. Dies ist eine sehr präzise Methode. Je präziser der Controller den Motorstrom manipulieren kann, desto präziser ist der verwendete Schrittmotor. Denn der Controller regelt genau, wie viel Strom die Motorwicklungen erhalten, um die Schrittbewegung einzuleiten.
Präzision in Bewegungssystemen ist je nach Anwendung eine häufige Anforderung. Das Verständnis des Zusammenspiels der Schrittmotoren zur Erzeugung von Präzision ermöglicht es Ingenieuren, die verfügbaren Technologien zu nutzen, einschließlich der Technologien, die bei der Herstellung der mechanischen Komponenten der einzelnen Motoren zum Einsatz kommen.
Veröffentlichungszeit: 19. Oktober 2023
