Stepper-Motoren mit geschlossenem Schleifen sind möglicherweise die beste Wahl für Aufgaben, die normalerweise von Servos ausgeführt werden, da traditionelle Stepper nicht damit umgehen konnten.

Einer der kritischsten Entscheidungen, die Ingenieure beim Entwerfen einer beliebigen Art von Bewegungsregelungsprozess treffen können, ist die Auswahl des Motors. In Bezug auf Typ und Größe den richtigen Motor ist für die Betriebseffizienz der endgültigen Maschine unerlässlich. Darüber hinaus ist es immer ein primäres Problem, sicherzustellen, dass der Motor das Budget nicht durchbricht.

Eine der ersten Fragen, die Sie bei der Entscheidung treffen sollten, ist: Welche Art von Motor wäre am besten? Benötigt die Anwendung einen Hochleistungs-Servomotor? Wäre ein kostengünstiger Stepper besser? Oder gibt es vielleicht eine dritte Option für die Straße, die Sie berücksichtigen müssen?

Die Antworten beginnen mit den Anforderungen der spezifischen Anwendung. Vor der Ermittlung der Motorart, die für eine bestimmte Anwendung ideal wäre, müssen viele Faktoren angesprochen werden.

Die Anforderungen

Wie viele Zyklen pro Minute muss der Motor machen? Wie viel Drehmoment wird benötigt? Was ist die Spitzengeschwindigkeit erforderlich?

Diese kritischen Fragen können nicht einfach beantwortet werden, indem Sie einen Motor mit einer bestimmten Leistung auswählen.

Die Leistung eines Motors ist die Kombination aus Drehmoment und Geschwindigkeit, die durch eine Multiplikation von Geschwindigkeit, Drehmoment und einer Konstante berechnet werden kann.

Aufgrund der Art dieser Berechnung gibt es jedoch viele verschiedene Kombinationen von Drehmoment und Geschwindigkeit, die eine spezifische Leistung ergeben. Somit können verschiedene Motoren mit ähnlichen Leistungsbewertungen aufgrund der Kombination von Geschwindigkeit und Drehmoment, die sie bieten, unterschiedlich funktionieren.

Die Ingenieure müssen wissen, wie schnell sich eine bestimmte Größenlast bewegen muss, bevor sie einen Motor ausgewählt haben, der am besten funktioniert. Die durchgeführte Aufgabe muss ebenfalls unter die Drehmoment-/Geschwindigkeitskurve des Motors fallen. Diese Kurve zeigt, wie das Drehmoment eines Motors während des Betriebs variiert. Unter Verwendung von Annahmen „Worst-Case“ (mit anderen Worten, die maximale/minimale Menge an Drehmoment und Geschwindigkeit, die der Auftrag erfordert) können die Ingenieure zuversichtlich sein, dass ein gewählter Motor eine ausreichende Drehmoment-/Geschwindigkeitskurve hat.

Die Trägheit der Last ist ein weiterer Faktor, der vor dem Eintauchen in den Entscheidungsprozess der Auswahl eines Motors angegangen werden sollte. Das Trägheitsverhältnis muss berechnet werden, was der Vergleich zwischen der Trägheit der Last und der Trägheit des Motors ist. Eine Faustregel besagt, dass wenn die Trägheit der Last das 10 -fache des Rotors überschreitet, kann das Einstellen des Motors schwieriger sein und die Leistung kann leiden. Diese Regel variiert jedoch nicht nur von Technologie zu Technologie, sondern auch vom Lieferanten über Lieferanten und sogar Produkt zu Produkt. Wie kritisch eine Anwendung ist, wirkt sich auch auf diese Entscheidung aus. Einige Produkte übernehmen bis zu 30 bis 1 Verhältnisse, während direkte Laufwerke bis zu 200 bis 1 verlaufen. Viele Menschen mögen es nicht, einen Motor zu besiegen, der ein Verhältnis von 10 zu 1 überschreitet.

Schließlich gibt es körperliche Einschränkungen, die einen bestimmten Motor über einen anderen einschränken. Motoren gibt es in verschiedenen Formen und Größen. In einigen Fällen sind die Motoren groß und sperrig, und es gibt bestimmte Operationen, die einen Motor mit einer bestimmten Größe nicht beherbergen können. Bevor eine fundierte Entscheidung über die beste Art von Motor getroffen werden kann, sollten diese physikalischen Spezifikationen anerkannt und verstanden werden.

Sobald die Ingenieure all diese Fragen beantworten - Geschwindigkeit, Drehmoment, Pferdestärke, Trägheit und physische Einschränkungen - können sie den effizientesten Motor der Größe null sein. Der Entscheidungsprozess hört hier jedoch nicht auf. Ingenieure müssen auch herausfinden, welche Art von Motor am besten für die Anwendung passt. Seit Jahren war die Wahl für den Typ auf eine von zwei Optionen für die meisten Anwendungen zurückzuführen: einen Servomotor oder einen Open-Loop-Stepper-Motor.

Servos und Stepper

Die Betriebsprinzipien für Servo- und Open-Loop-Stepper-Motoren sind ähnlich. Es gibt jedoch wichtige Unterschiede zwischen den beiden, die Ingenieure verstehen müssen, bevor sie entscheiden, welcher Motor für eine bestimmte Anwendung ideal ist.

In herkömmlichen Servosystemen sendet ein Controller Befehle an den Antrieb des Motors über Impuls und Richtung oder einen analogen Befehl im Zusammenhang mit Position, Geschwindigkeit oder Drehmoment. Einige Steuerelemente können eine budenbasierte Methode verwenden, die in den neuesten Steuerelementen in der Regel eine Ethernet-basierte Kommunikationsmethode darstellt. Das Laufwerk sendet dann den angemessenen Strom an jede Phase des Motors. Motorfeedback kreist zurück zum Antrieb des Motors und bei Bedarf zur Controller. Das Laufwerk basiert auf diesen Informationen, um den Motor ordnungsgemäß zu putieren und gute Informationen über die dynamische Position der Motorwelle zu senden. Servomotoren gelten daher als Motoren mit geschlossenem Schleifen und enthalten integrierte Encoder, und Positionsdaten werden häufig dem Controller zugeführt. Dieses Feedback gibt dem Controller mehr Kontrolle über den Motor. Der Controller kann in unterschiedlichem Maße Anpassungen an Operationen vornehmen, wenn etwas nicht so ausgeführt wird, wie es sein sollte. Diese Art von entscheidenden Informationen ist ein Vorteil, dass Stepper-Motoren von Open-Loop-Motoren nicht angeboten werden können.

Schrittmotoren arbeiten auch mit Befehlen, die an das Antrieb des Motors geschickt wurden, um die Entfernung und die Geschwindigkeit zu diktieren. Typischerweise ist dieses Signal ein Schritt-and-Regisseur-Befehl. Open-Loop-Stepper können jedoch keine Feedback für die Betreiber geben, sodass ihre Kontrollen eine Situation nicht ordnungsgemäß bewerten und Anpassungen vornehmen können, um den Betrieb des Motors zu verbessern.

Wenn beispielsweise das Drehmoment eines Motors nicht ausreicht, um die Last zu verarbeiten, kann der Motor bestimmte Schritte zum Stillstand bringen oder verpassen. In diesem Fall wird die Zielposition nicht getroffen. Mit berücksichtigender Open-Loop-Eigenschaften des Schrittmotors wird diese ungenaue Positionierung nicht angemessen an den Controller weitergeleitet, damit sie Anpassungen vornehmen kann.

Der Servomotor scheint eindeutige Vorteile hinsichtlich Effizienz und Leistung zu haben. Warum sollte sich also jemand für einen Schrittmotor wählen? Es gibt ein paar Gründe. Der häufigste ist der Preis; Betriebsbudgets sind wichtige Überlegungen bei der Entscheidung von Design. Wenn die Budgets verschärfen, müssen Entscheidungen getroffen werden, um unnötige Kosten zu senken. Dies bezieht sich nicht nur auf die Kosten des Motors selbst, sondern die Routine- und Notfallwartung ist für Schrittmotoren im Gegensatz zu Servos tendenziell günstiger. Wenn die Vorteile eines Servomotors seine Kosten nicht rechtfertigen, kann ein Standard -Schrittmotor ausreichend sein.

Aus rein operativer Sicht sind Steppermotoren besonders einfacher zu bedienen als Standard -Servomotoren. Das Betrieb eines Schrittmotors ist viel einfacher zu verstehen und leichter zu konfigurieren. Die meisten Mitarbeiter würden zustimmen, dass, wenn es keinen Grund gibt, Operationen zu überarbeiten, die Dinge einfach halten.

Die Vorteile der beiden verschiedenen Motortypen sind sehr unterschiedlich. Servomotoren sind ideal, wenn Sie einen Motor mit Geschwindigkeiten über 3.000 U / min und hohem Drehmoment benötigen. Für eine Anwendung, die nur Geschwindigkeiten von einigen hundert U / min oder weniger erfordert, ist ein Servomotor nicht immer die beste Wahl. Servomotoren können für Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit übertrieben sein.

Bei niedrigen Geschwindigkeiten leuchten Schrittmotoren als bestmögliche Lösung. Steppermotoren sind nicht nur wiederholbar, wenn es um Stoppen geht, sondern ist auch so konzipiert, dass sie mit niedriger Geschwindigkeit laufen und gleichzeitig ein hohes Drehmoment liefern. Durch die Natur dieses Designs können Schrittmotoren kontrolliert werden und bis zu ihren Geschwindigkeitsgrenzen geraten. Die Geschwindigkeitsgrenze typischer Steppermotoren beträgt normalerweise unter 1.000 U / min, während Servomotoren Geschwindigkeiten von bis zu 3.000 U / min und höher haben können - manchmal auch über mehr als 7.000 U / min.

Wenn ein Stepper richtig dimensioniert ist, kann dies die perfekte Wahl sein. Wenn jedoch ein Stepper-Motor mit einer Open-Loop-Konfiguration ausgeführt wird und etwas schief geht, erhalten die Bediener möglicherweise nicht alle Daten, die sie benötigen, um das Problem zu beheben.

Lösen des Open-Loop-Problems

In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene Ansätze angeboten, um die traditionellen Probleme mit Open-Loop-Steppern zu lösen. Die Heimwerke des Motors zu einem Sensor beim Einschalten oder sogar mehrmals während einer Anwendung war eine Methode. Obwohl dies einfach ist, verlangsamt dies den Betrieb und erfasst keine Probleme, die während der normalen Betriebsprozesse auftreten.

Das Hinzufügen von Feedback, um festzustellen, ob der Motor stillt oder aus der Position steht, ist ein anderer Ansatz. Ingenieure von Motion Control -Unternehmen erstellten Funktionen „Stall -Erkennung“ und „Positionswartungsfunktionen“. Es gab sogar ein paar Ansätze, die noch weiterhin Stepper -Motoren wie Servos behandeln oder zumindest mit ausgefallenen Algorithmen nachahmen.

Im großen Motorspektrum-zwischen Servos und Stepper-Motoren im Open-Loop-Stepper-ist eine etwas neue Technologie, die als geschlossener Stepper-Motor bekannt ist. Es ist die beste und kostenbewussteste Art, das Problem von Anwendungen zu lösen, die Positionsgenauigkeit und niedrige Geschwindigkeiten erfordern. Durch die Anwendung hochauflösender Feedback-Geräte zum Schließen der Schleife können die Ingenieure das „Beste aus beiden Welten“ genießen.

Stepper-Motoren mit geschlossenem Loop bieten alle Vorteile von Stepper-Motoren: Benutzerfreundlichkeit, Einfachheit und die Fähigkeit, mit genauem Stoppen konsistent zu laufen. Außerdem bieten sie die Feedback -Funktionen, die Servomotoren tun. Zum Glück muss es nicht mit dem größten Nachteil eines Servos kommen: den größeren Preis.

Der Schlüssel war schon immer in der Art und Weise, wie Stepper-Motoren von Open-Loop-Motoren funktionieren. Sie haben normalerweise zwei Spulen, manchmal fünf, mit einem Magnetausgleichsakt, der zwischen ihnen stattfindet. Bewegung stört dieses Gleichgewicht und lässt den Wellen des Motors elektrisch zurückfallen, aber der Bediener kann nicht wissen, wie weit dahinter liegt. Der Stopppunkt ist für Stepper mit offenem Loop wiederholbar, jedoch nicht für alle Lasten. Wenn Sie einen Encoder auf den Stepper legen und eine geschlossene Schleife machen, erhalten Sie eine dynamische Kontrolle. Auf diese Weise können die Bediener unter unterschiedlichen Lasten an einer genauen Stelle anhalten.

Diese Vorteile von der Verwendung von Stepper-Motoren mit geschlossenem Loop für bestimmte Anwendungen haben die Popularität dieser Motoren in der Bewegungskontrollgemeinschaft stark erhöht. In zwei der bekanntesten Branchen-, Halbleiter- und Medizinprodukthersteller steigt die Verwendung von Stepper-Motoren mit geschlossenem Kreislauf eindeutig. Ingenieure in diesen Branchen müssen genau wissen, wo die Motoren Lasten oder Aktuatoren positioniert haben, unabhängig davon, ob sie einen Gürtel oder eine Kugelschraube versorgen. Mit dem Feedback mit geschlossenem Loop in diesen Steppern können sie genau wissen, wo es ist. Diese Stepper können auch bei niedrigeren Geschwindigkeiten eine bessere Leistung als Servos bieten.

Im Allgemeinen ist jede Anwendung, die eine garantierte Leistung zu niedrigeren Kosten als ein Servomotor benötigt, und die Fähigkeit, mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten zu laufen, ein guter Kandidat für Stepper-Motoren mit geschlossenem Loop.

Beachten Sie, dass die Betreiber sicherstellen müssen, dass das Antrieb oder die Steuerung von Stepper-Motoren mit geschlossenem Schleifen unterstützt wird. Historisch gesehen konnte man einen Stepper mit einem Encoder auf der Rückseite bekommen, aber das Laufwerk war ein Standard -Stepper -Laufwerk und unterstützte keine Encoder. Der Encoder musste zum Controller zurückgeführt werden und am Ende einer bestimmten Bewegung müsste die Positionsüberprüfung implementiert werden. Dies ist bei neuen Stepper-Laufwerken mit geschlossenem Schleifen nicht erforderlich. Stepper-Laufwerke mit geschlossenem Schleifen können die Position und die Geschwindigkeitsregelung automatisch ohne Controller dynamisch und automatisch behandeln.