Escalón: Distribución de micropasos dentro de un paso completo

Question

Actualmente estoy trabajando en un proyecto para mover con precisión una mesa XY utilizando motores paso a paso en modo microstepping. El objetivo es llegar a 1/16 microstepping y hay un codificador con 4000 pulsos por resolución para tener en cuenta los pasos perdidos.

En el modo de paso completo los steppers funcionan correctamente, pero en el modo microstepping el motor sólo da pasos cada n-ésimo paso, por ejemplo, cada cuarto en el modo microstepping 1/4 y cada octavo en el modo microstepping 1/8. Esto se ha comprobado pisando a 1Hz y observando el motor.
Esperaba que los micropasos se distribuyeran aproximadamente por igual dentro de un paso completo (es decir, 1/4 de micropaso = 1,8° / 4 por paso = 0,45° de micropaso), ¿es esto un error? Si es así, ¿qué sentido tiene el microstepping si aún así sólo se pueden alcanzar los pasos completos con precisión?

Se han probado varios motores de diferentes marcas, tanto con la carga de la mesa como sin ella, pero todos muestran este comportamiento.

El hardware utilizado es:
Controlador de motor paso a paso: Texas Instruments DRV8711
Motor paso a paso: Nanotec ST4118S1404-B
Generación de pulsos: STM32F446ZET
Tablero de evaluación: Pololu Driver de motor paso a paso de alta potencia 36v4

Cualquier consejo es útil, ya que el proyecto no tiene sentido si no hay un micropaso suficientemente preciso.

En la actualidad, creo que el circuito de los controladores de paso está defectuoso o está mal configurado. Para solucionar el problema del circuito hemos pedido una placa de evaluación que probaremos esta semana.

Answer 1

Los supuestos de su pregunta son correctos. En el modo microstepping, cada paso se divide en un número de pasos más pequeños. Por lo tanto, 8 micropasos significan que un paso completo se divide en 8 pasos más pequeños igualmente largos. El límite es la mecánica. Hasta 16 micropasos, se puede esperar que los micropasos sean equidistantes. A partir de ahí, las desviaciones mecánicas del motor hacen que los pasos tengan un tamaño ligeramente diferente.

Te aconsejo que eches un vistazo a las hojas de datos de los drivers de motor paso a paso Allegro Microsystems A3977 o A3979. Tienen una descripción bastante detallada y fácil de entender de cómo funciona el microstepping.

Las imágenes que mencionas en los comentarios indican que hay un problema con el conductor. Mide la corriente de las bobinas del motor. Eso se hace insertando una resistencia y midiendo la tensión a través de esta resistencia, no de la bobina a GND. Si lo haces para las dos bobinas simultáneamente, ten en cuenta que el GND de las sondas hacen un cortocircuito. Por lo tanto, utilice sondas DIFERENCIALES. Para 4/8/16 micropasos (sólo medio paso no es suficiente, mejor usar el modo de 1/16 pasos como pretendes directamente), deberías ver una pantalla como la "Figura 16. Corriente de accionamiento de micropasos" en la hoja de datos. Si no es así, hay un problema con el driver. Mientras esto no esté claro, es bastante inútil adivinar sobre otras posibles fuentes de error.

La corriente que pasa por los dos devanados del motor tiene un desplazamiento de fase de 90°. Esto es absolutamente esencial. Por esta razón, debe comprobar ambos devanados. Lamentablemente, el DRV8711 no tiene una salida HOME, que es útil como disparador para medir las corrientes del motor por separado. Si puede, consiga al menos una sonda diferencial y mida las corrientes simultáneamente.

También es esencial que los devanados se conecten con la misma polaridad. En la hoja de datos del motor encontrará detalles sobre cómo cablear el motor correctamente.

Última pista personal: ¡Nanotec es una mierda! Nunca he conocido a nadie en más de 30 años en la electrónica que hablara a favor de Nanotec. Acabo de comprobar el sitio web de Nanotec, esto se confirmó en la forma habitual desagradable, Nanotec es conocido por. Los verdaderos motores paso a paso son fabricados por Oriental Motors o SANYO DENKI. Utilice uno de estos. Oriental optimiza sus motores paso a paso especialmente para el microstepping.

Answer 2

Para responder a la pregunta yo mismo: El problema no estaba en los parámetros del DRV8711, en el modo de microdirección o en los dispositivos utilizados, sino en un problema de diseño. En la Fig. 12 (p. 20) de la hoja de datos del DRV8711 se sugiere colocar un filtro en la ruta de detección de corriente. En contra de las sugerencias dadas en la hoja de datos, esto conduce a errores en la medición de la corriente y, por lo tanto, a una regulación incorrecta de las fases del motor.

Quitando el condensador (y desactivando el filtro) se solucionó el problema, y se ha comprobado que los micropasos de hasta 1/32 son suficientemente fiables en el modo de decaimiento auto-mixto, con un par adecuado a la R_ISENSE y a la corriente del motor. La frecuencia de los filtros era del orden de ~3MHz, por lo que la constante de tiempo es de ~333 ns, que según la hoja de datos parece haber sido demasiado alta. Por ahora tristemente no hay más tiempo para investigar si los 50 a 60ns sugeridos tendrán un impacto positivo en la señal o mostrarán el mismo comportamiento.