Serwo-enkodery sposobem na wady pracy silników krokowych

Dyskusje na temat silników krokowych i sterowników silników krokowych.

Moderator: MODERATORZY


Autor tematu
Andrzej .N123
Czytelnik forum poziom 3 (min. 15)
Czytelnik forum poziom 3 (min. 15)
Posty w temacie: 18
Posty: 18
Rejestracja: 14 kwie 2009, 19:43
Lokalizacja: Świdnica

Serwo-enkodery sposobem na wady pracy silników krokowych

#1

Post napisał: Andrzej .N123 » 06 sie 2013, 18:32

Witam !
Gubienie kroków przez silniki krokowe w urządzeniach cnc jest znanym problemem . Chciałbym tu na forum przedstawić rozwiązanie , które nazwałem serwo-enkoderem . Jest to zespolenie enkodera optycznego z układem elektronicznym , który wykrywa błędy ruchu maszyny i poprzez dodawanie lub ujmowanie kroków koryguje ruch . Efektem tego jest praca podobna jak z serwonapędem. Na stronie Serwo-enkoder http://www.serwoenkoder.strefa.pl/ jest opis podłączania i konfiguracji serwo-enkoderów oraz filmy ilustrujące działanie maszyny , która wcześniej służyła tylko do obróbki drewna ( łatwo wpadająca w drgania ,sterowniki SSK-B01 zasilane 35V , silniki –moment poniżej 2Nm ). Obecnie można na niej wycinać frezem D=5 w blasze aluminiowej #6 – bez problemu ,lub stal na głębokości 4mm. Ograniczeniem jest moc słabego wrzeciona ( 900W) - gdyż wyraźnie zaczyna zwalniać obroty przy tak intensywnej obróbce. Filmy te można zobaczyć tutaj [youtube] http://youtu.be/0-hBvkvab34 [/youtube] oraz [youtube] http://youtu.be/ZXGJHIcCRqs [/youtube].
Na stronie wspomnianej stronie http://www.serwoenkoder.strefa.pl/ jest przedstawiona najprostsza wersja urządzenia , którą wykonałem dla wstępnego poznania oceny potencjalnych użytkowników.
Minusy jakie poznałem to:
- brak łatwego montażu elektrycznego na zasadzie rozłączyć-podłączyć ; dlatego teraz chcę zastosować przejściówki aby można było to łatwo podłączyć (LPT –podłączenie serwo-enkoderów - złącze 25 pin )
- brak możliwości przeprogramowania przez użytkownika ( zależnie od podziału kroku, przełożenia pomiędzy silnikiem a śrubą napędową ,.. ), dlatego zamierzam dodać 5 zworek umożliwiających samodzielne przeprogramowanie.
- zastosowany enkoder (200 ppr) zbyt mała rozdzielczość ( sprowadzam obecnie detale , które zwiększą precyzję odczytu )
Tutaj pojawia się cel mojego pojawienia się na forum . Nie jestem specjalistą w maszynkach cnc .
Dlatego prosiłbym chętnych (amatorów, jak i budujących np. plotery na sprzedaż ) o uwagi dotyczące serwo-enkoderów . Jednocześnie z chęcią odpowiem na pytania forumowiczów.


Precyzja tworzenia wymaga precyzji spojrzenia - HuMix (robot XXV GENERACJI )

Tags:

Awatar użytkownika

noel20
ELITA FORUM (min. 1000)
ELITA FORUM (min. 1000)
Posty w temacie: 10
Posty: 1348
Rejestracja: 02 lip 2010, 06:15
Lokalizacja: Białystok

#2

Post napisał: noel20 » 06 sie 2013, 19:08

Witam, wcześniej już widziałem te urządzenie. Wydaje się być ciekawym rozwiązaniem i nie tak strasznie skomplikowanym w instalacji. Ale właśnie naszło mnie pytanie. W zasadzie dwa.

Gdy mam silnik 200kroków/obrót jaki enkoder jest zastosowany. Bo jeżeli 200ppr, a używam mikrokroków m.in. do zwiększenia rozdzielczości to zgubionych mikrokroków twoje urządzenie nie wykryje. W zasadzie to wykryje, ale po korekcie silnik pogoni za daleko. Chyba, że stosujesz enkoder o takiej liczbie impulsów jaka jest liczba kroków na obrót już z uwzględnieniem podziału mikrokroku. Jeżeli tak, to jak zmienię w sterowniku podział kroku to co wtedy z tym urządzeniem? trzeba wymieniać enkoder?

Kolejne pytanie, to czy jak się ewentualnie kiedyś to zepsuje (pewnie najszybciej enkoder) to czy można będzie założyć swój enkoder, np. kupiony na allegro, oczywiście o takiej samej liczbie ppr. Oczywiście już po gwarancji.
A w ogóle to na jaki okres jest udzielana gwarancja i co ją uwzględnia? Oś wyjściowa silnika jest na jakimś konkretnym łożysku? Bo jak ktoś mocno pasek napnie to łożysko poleci. To uwzględnia gwarancja? Mierzyłeś opory obrotu stawiane przez oś enkodera?

Zakładam też, że gdyby zastosować to na dwóch osiach (X i Y) to urządzenia nie będą ze sobą się komunikować? Bo w przypadku wycinania np. koła jadą w tym samym czasie obie osie. Ale powiedzmy, że jedna z nich ma większe opory ruchu na prowadnicach. Zabrudziła się, a co :P Będzie ona gubić kroki, a serwo enkoder będzie dokładał dla sterownika swoje tak, żeby się na koniec zgadzała liczba wysłanych kroków przez komputer i faktycznych kroków zrobionych przez silnik. Ale w trakcie pracy ta oś co gubi kroki jest spóźniona wobec tej co nie gubi i linia cięcia będzie przesunięta. Pytanie o ile? Jaka musi być liczba zgubionych kroków, żeby urządzenie zrobiło pauzę programu? Bo ta liczba kroków * podziałka śruby to błąd linii cięcia.

No trochę więcej wyszło niż dwa pytania.

Aha czy jest możliwość te urządzenia dostać np do testów, albo kupić, porobić na nim powiedzmy tydzień czy dwa i ewentualnie oddać? Zdaje się oprócz łożysk na osi enkodera nic tam się nie zużywa.


ezbig
Lider FORUM (min. 2000)
Lider FORUM (min. 2000)
Posty w temacie: 28
Posty: 2095
Rejestracja: 06 lip 2006, 23:31
Lokalizacja: mazowieckie

#3

Post napisał: ezbig » 06 sie 2013, 21:29

Też myślałem o takim urządzeniu, ale chińczycy już to od dawna tanio sprzedają i to nawet z jakimś panelem, wyświetlaczem i obsługą krańcówek, że może to sterować sekwencje ruchów silnika także bez komputera.


Autor tematu
Andrzej .N123
Czytelnik forum poziom 3 (min. 15)
Czytelnik forum poziom 3 (min. 15)
Posty w temacie: 18
Posty: 18
Rejestracja: 14 kwie 2009, 19:43
Lokalizacja: Świdnica

#4

Post napisał: Andrzej .N123 » 07 sie 2013, 00:57

Odpowiem na pytania w kolejności pojawiania się..
Obecnie przy tych pierwszych egzemplarzach jest wbudowany enkoder 200 ppr. Przy śrubie o skoku 4mm daje to błąd (4mm/200 ) =0,02 -przy takiej odchyłce mikrokontroler (kompensator ) może dorzucać kroki – zależy to od zaprogramowania serwo-enkodera . Jeśli zastosujemy mikrokrok np. 1/8 , to mikrokontroler zacznie dorzucać kroki jeśli „policzy” 9 mikrokroków a enkoder nie zdąży obrócić się o wymaganą 1/200 obrotu. Czy „ silnik po korekcie silnik pogoni za daleko ”.Otóż nie ,bo w momencie , gdy odchyłka spadnie poniżej błędu to do sterownika dochodzi już ilość kroków wysłana tylko przez komputer .Tak więc odpowiednie zaprogramowanie mikrokontrolera powoduje rozpoczęcie korekcji ruchu tylko po przekroczeniu minimalnej rozdzielczości enkodera .
Jak wspomniałem minusem pierwszej serii serwo-enkoderów jest brak możliwości przeprogramowywania przez użytkownika , dlatego dodaję 5 zworek ( to 32 kombinacje ) za pomocą , których można będzie przeprogramować mikrokrok (np. 1/2 ;1/4 ;1/8 ;1/16 ).
Serwo-enkoder to dwa w jednym enkoder z w budowanym kompensatorem . Tak więc nie można tutaj rozdzielić tych dwu urządzeń . Gwarancja nie obejmuje zniszczenia elekroniki złym zasilaniem , uszkodzeń mechanicznych ; w przypadku łożyska 628 jeśli nie obciążać go siłą promieniową ponad 5kG ~ 50N ; nośność nominalna dynamiczna 2,34kN ; 10obr/sec (SKF) – to wg. ISO 281 trwałość nominalna wynosi około 50902 godziny pracy ,czyli 8,7 lat po 16 godzin. Mikrontrolery są Atmelowskie , czyli dobrego producenta- mogą pracować latami. Najsłabiej znanymi mi elementami będą elementy optoelektroniczne (zwiększające rozdzielczość enkodera ) , które teraz chcę sprowadzić.
Rozważam też wykonywać same kompensatory –czyli urządzenia do których można podłączać osobno zakupiony enkoder z wyjściem symetrycznym .
Zakładając serwo-enkodery na dwu różych osiach enkodery komunikują sie przez komputer .Na filmie [/youtube] http://youtu.be/Rwi7rBbCBzU [/youtube] widać, że pomimo ręcznego blokowania śrub obie osie zatrzymują się i ponownie ruszają .
Tutaj powinienem opisać różnicę pomiędzy działaniem serwonapędu i serwo-enkoderów –bo praca obu urządzeń jest odmienna .A pytania są te same .
Jednak zrobię to jutro ,bo rozpocząłem pisanie późno , a jutro też jest dzień.
Co do podesłania urządzenia do testów to nie widzę problemów. Jednak chcę wpierw wyposażyć serwo-enkoder przynajmniej w możliwość programowania przez użytkownika ( być może zmiana parametrów spowoduje lepszą pracę). Tak więć noel20 prześlij mi namiary aby ustalić wstępnie techniczne parametry maszynki.
Właśnie przeczytałem post kolegi ezbig .Przed pisaniem patentu na kompensator przeglądałem literaturę patentową. Nic podobnego nie znalazłem . Być może Chińczycy produkują coś podobnego ale na innej zasadzie działania . Jeśli możesz to spróbuj odnaleźć to i przesłać mi lub na forum , z chęcią to zobaczę .
Precyzja tworzenia wymaga precyzji spojrzenia - HuMix (robot XXV GENERACJI )


ezbig
Lider FORUM (min. 2000)
Lider FORUM (min. 2000)
Posty w temacie: 28
Posty: 2095
Rejestracja: 06 lip 2006, 23:31
Lokalizacja: mazowieckie

#5

Post napisał: ezbig » 07 sie 2013, 01:40

Andrzej .N123 pisze:Właśnie przeczytałem post kolegi ezbig .Przed pisaniem patentu na kompensator przeglądałem literaturę patentową. Nic podobnego nie znalazłem . Być może Chińczycy produkują coś podobnego ale na innej zasadzie działania . Jeśli możesz to spróbuj odnaleźć to i przesłać mi lub na forum , z chęcią to zobaczę .
Nie sądzę, aby to było opatentowane, bo innowacji w tym raczej nie ma. To jest tylko sprzężenie zwrotne do silnika krokowego. Zobacz tu:
https://www.google.pl/#bav=on.2,or.r_cp ... oder+input

http://www.aliexpress.com/store/product ... 18563.html

Awatar użytkownika

tuxcnc
Lider FORUM (min. 2000)
Lider FORUM (min. 2000)
Posty w temacie: 28
Posty: 3245
Rejestracja: 26 lut 2011, 23:24
Lokalizacja: mazowieckie

#6

Post napisał: tuxcnc » 07 sie 2013, 04:36

Pewnie znajdą się jelenie którzy to kupią, ale pomysł jest z kategorii idiotycznych i służy zasadniczo do naprawiania tego, co się wcześniej samemu popsuło.
O ile w LinuxCNC można enkoder podłączyć bezpośrednio do komputera i skonfigurować program na kilka sposobów, to posiadaczom innych systemów sterowania też powyższą protezę odradzam.
Po pierwsze, dokładanie kroków może się sprawdzić na niskich prędkościach, ale jak rozpędzony krokowiec wypadnie z synchronizmu, to już tyle pomoże co umarłemu kadzidło.
Po drugie, właściwą metodą zapobiegania gubieniu kroków jest prawidłowa konstrukcja, zastosowanie przyzwoitych silników z przyzwoitymi sterownikami i oczywiście prawidłowa konfiguracja.
Dla przykładu silnik 8,5 Nm przy kolizji jest w stanie zniszczyć śrubę kulową ø20.
Sprawdźcie sobie ile taki silnik kosztuje, ile kosztuje do niego sterownik, a ile kosztuje sam przyzwoity enkoder, i zastanówcie się czy warto wspierać autora patentów na rzeczy oczywiste i bezużyteczne.

.

Awatar użytkownika

KAJOS
ELITA FORUM (min. 1000)
ELITA FORUM (min. 1000)
Posty w temacie: 1
Posty: 1303
Rejestracja: 10 gru 2006, 00:22
Lokalizacja: NISKO

#7

Post napisał: KAJOS » 07 sie 2013, 05:21

Żeby coś wynaleźć wystarczy odrobina wyobraźni i sterta złomu.

Obrazek

Awatar użytkownika

noel20
ELITA FORUM (min. 1000)
ELITA FORUM (min. 1000)
Posty w temacie: 10
Posty: 1348
Rejestracja: 02 lip 2010, 06:15
Lokalizacja: Białystok

#8

Post napisał: noel20 » 07 sie 2013, 07:01

Andrzej .N123 pisze:Tak więc odpowiednie zaprogramowanie mikrokontrolera powoduje rozpoczęcie korekcji ruchu tylko po przekroczeniu minimalnej rozdzielczości enkodera
Ale w przypadku pracy z mikrokrokiem i użytym enkoderem 200ppr mikrokroki zostają zgubione.
Andrzej .N123 pisze:Rozważam też wykonywać same kompensatory –czyli urządzenia do których można podłączać osobno zakupiony enkoder z wyjściem symetrycznym .
To może być dobrym pomysłem.
Andrzej .N123 pisze:elementy optoelektroniczne (zwiększające rozdzielczość enkodera )
myślę, że lepiej będzie zastosować cały lepszy enkoder.
Andrzej .N123 pisze:prześlij mi namiary aby ustalić wstępnie techniczne parametry maszynki.
Maszyna, w której mogłoby mi się to przydać jest jeszcze w powijakach:
https://www.cnc.info.pl/topics60/nowy-p ... 71,170.htm
Będę miał tam 16 mm /obrót więc dużo, a silnik 2Nm. Z moich obliczeń powinno wystarczyć, ale życie wszystko zweryfikuje.
Poza tym uważam, że w przypadku zastosowania w maszynie silników krokowych to urządzenie spełniające funkcję sprzężenia zwrotnego powinno raczej czuwać nad poprawną pracą maszyny, a nie służyć do podniesienia dynamiki i prędkości maszyny. Czyli w stylu "na wszelki wypadek".


diodas1
Lider FORUM (min. 2000)
Lider FORUM (min. 2000)
Posty w temacie: 14
Posty: 2791
Rejestracja: 15 sty 2006, 18:34
Lokalizacja: Wrocław

#9

Post napisał: diodas1 » 07 sie 2013, 19:36

Dość ta cała koncepcja przekombinowana. Rozumiem sprzężenie zwrotne z enkodera w przypadku serwomotora. Silnik krokowy powinien być tak dobrany do obciążeń żeby nie gubił kroków. Jeżeli gubi to trzeba dać mocniejszy a wcześniej przyjrzeć się mechanice maszyny i znaleźć być może inny powód kłopotów. Będzie to tańsze i pewniejsze rozwiązanie niż te wszystkie komplikacje z enkoderem.


Autor tematu
Andrzej .N123
Czytelnik forum poziom 3 (min. 15)
Czytelnik forum poziom 3 (min. 15)
Posty w temacie: 18
Posty: 18
Rejestracja: 14 kwie 2009, 19:43
Lokalizacja: Świdnica

#10

Post napisał: Andrzej .N123 » 07 sie 2013, 21:45

Wczoraj wspomniałem ,że opiszę różnicę pomiędzy działaniem serwonapędu i serwo-enkoderów . Od wielu lat są znane systemy nadrabiające utracone kroki w silnikach krokowych .Jednak to sposób realizacji sprzężenia zwrotnego jest tutaj kluczowy i to decyduje o nowości pomysłu . W serwonapędach w przypadku wystąpienia opóźnień na danej osi zostaje zwiększony moment obrotowy silnika i prędkość , na innych osiach praca odbywa się tak samo. W przypadku wystąpienia błędu powyżej określonej wartości system powoduje zatrzymanie pracy . Stop. Tego typu taktyka sprawdza się dla silników na prąd stały lub indukcyjnych . Moment siły jest upraszczając stały w szerokim zakresie obrotów , a nawet okresowo można go zwiększyć 2-3 razy. Jednak silniki krokowe pracują całkiem inaczej. Zwiększenie prędkości powoduje zmniejszenie momentu silnika .
Przeglądając patenty mówiące o realizacji sprzężenia zwrotnego dla pracy silników krokowych stwierdziłem ,że wszystkie próbują za pomocą matematycznych algorytmów korygować kroki , czyli w taki lub inny sposób zwiększać prędkośći . Chińskie produkt zapewne działa również na tej zasadzie . Próbuje dorzucać kroki wg. określonego algorytmu do momentu przekroczenia ustawionego błędu . Potem następuje STOP.
Padło tutaj zdanie (tuxcnc) :” Po pierwsze, dokładanie kroków może się sprawdzić na niskich prędkościach, ale jak rozpędzony krokowiec wypadnie z synchronizmu, to już tyle pomoże co umarłemu kadzidło „ – otóż zgodzę się z tym w pełni. Dodam jeszcze ,że w przypadku powstania większych oporów w maszynie i zgubienia kroków, taktyka typu : dorzucenie kroków powoduje zwiększenie prędkości zmian w uzwojeniach silnika , a to zmniejszenie momentu wytwarzanego przez silnik . Tak więc w momencie krytycznym dorzucając kroki powoduję osłabienie momentu.
Jedynym wyjściem w takich sytuacjach jest zmiejszenie prędkości silnika do takiej, że można nad nim zapanować. Skorygować położenie ( wtedy dorzucić kroki) i ponownie wrócić do poprzedniej prędkości. Co zyskujemy poprzez nagłe obniżenie prędkości ?
Zyskujemy : zwiększenie momentu ,co przyda się dla pokonania powstałych oporów w maszynie. Dodatkowo zmniejszając prędkość narzędzia w ploterach zmniejszamy siłę wymaganą do ruchu freza w materiale .
Oczywiście zmniejszenie prędkości musi być proporcjonalne na wszystkich osiach , a tylko na jednej z błędem następuje dodanie kroków. Proporcjonalne zmniejszenie prędkości na wszystkich osiach może wykonać tylko program sterujący.
Programy LinuxCNC oraz Mach3 można tak skonfigurować ,że uzyskamy wejścia w LPT za pomocą których możemy zmniejszyć lub zwiększyć prędkość . Dopiero to sprzężenie zwrotne pomiędzy programami a kompensatorem posiada zdolność patentową – jest nowością .
Tak więc serwo-enkoder posiada dwa sprzężenia zwrotne :
- ze sterownikiem -dorzuca kroki
- z programem sterującym .
Oczywiście serwo-enkoder nie podniesie ogólnej dynamiki maszyny , a nawet w przypadku wystąpienia błędów spowolni ustawioną prędkość maszyny. Jednak nie trzeba stosować marginesu bezpieczeństwa dla pracy silników. Tak więc nie ma konieczności ustawiania prędkości z zapasem i oporów pracy ( np. większa głębokość wybierania freza ) , ponieważ maszyna sama będzie zwalniać prędkość w momentach powstania zbyt dużych oporów ( błędu ) i znajdzie optymalną prędkość.
W firmie , której pracuję, na prototypowni jest ploter. Silniki 6Nm , napięcie zasilania 100V, prędkości do 160mm/s . Jednak w przypadku frezowania stali i aluminium szybciej wykonam obróbkę na amatorskiej maszynce z filmów ( pierwszy post ). Szczególnie przy obróbce aluminium widać momenty działania sprzężenia z programem sterującym –frez wyrażnie zwalnia prędkość.
Precyzja tworzenia wymaga precyzji spojrzenia - HuMix (robot XXV GENERACJI )

ODPOWIEDZ Poprzedni tematNastępny temat

Wróć do „Silniki Krokowe / Sterowniki Silników Krokowych”