Formas de controle deslizante de circuito fechado

2017 - Artigo mais popular - Para obter o mais alto desempenho, o motor de passo pode ser tratado como um servo motor bifásico sem escova. A corrente para o motor será então controlada em função do sinal de erro, assim como acontece com os servomotores padrão.

Contribuição de | Galil controle de movimento, Inc.

Os motores de passo são empregados em uma variedade de aplicações em todo o espectro da engenharia porque são baratos, simples de operar e oferecem alto torque em baixas velocidades. No entanto, os motores de passo apresentam desvantagens como passos perdidos, diminuição do torque em altas velocidades, ressonâncias e alto consumo de energia. Para mitigar esses problemas, Galil tem três métodos para fechar o circuito em torno de um motor de passo: correção de ponto final, micropasso de circuito fechado e acionamento do motor de passo como um motor sem escovas bifásico.

Os motores de passo possuem vários eletroímãs "dentados" dispostos em torno de um rotor em forma de engrenagem. Para fazer girar o eixo do motor, esses eletroímãs são energizados em uma sequência específica. A Figura 1 mostra uma visão simplificada deste processo para um motor de passo bifásico. Cada sequência específica corresponde a uma etapa do motor. Um motor de passo normalmente tem 200 passos por revolução.

Os motores de passo apresentam algumas desvantagens. A primeira desvantagem de um motor de passo é que ele opera sempre com corrente total. Isso leva ao desperdício de energia e à geração excessiva de calor. Em segundo lugar, fundamental para o funcionamento dos motores de passo é a vibração causada quando eles mudam de posição em passos discretos. Quando a frequência do passo corresponde à oscilação natural ou frequência ressonante do motor de passo, a amplitude dessas vibrações aumentará, levando à perda de posição. Os motores de passo também experimentam uma diminuição significativa do torque à medida que a velocidade do motor aumenta. Uma curva comum de velocidade-torque é mostrada em Erro: Fonte de referência não encontrada. Por último, a resolução posicional é limitada pelo número de passos por revolução. Se for necessária maior resolução, o stepper pode ser conduzido através do processo de microstepping.

Microstepping é um método de acionar um motor de passo de forma que cada etapa completa do motor seja dividida em incrementos menores chamados microsteps. O micropasso normalmente cria entre 2 e 256 micropassos por passo completo, o que significa que o motor de 200 passos por revolução pode agora ter até 51.200 desses micropassos por revolução. A Figura 3 detalha a forma de onda da corrente através de cada fase do motor de passo com um número crescente de micropassos por etapa completa.

A precisão real do micropasso depende em grande parte de forças externas. O micropasso tem precisão de um passo completo do motor; no entanto, se houver mais de meio passo de erro, ocorrerá perda de posição. O movimento não ocorrerá se o atrito, a gravidade ou qualquer outra força for grande o suficiente para evitar que a pequena mudança na corrente entre duas posições de micropasso afete a posição do motor. A Figura 4 mostra um gráfico de um movimento ponto a ponto executado em um sistema acionado por um motor de passo acoplado a um codificador. A linha vermelha é a posição esperada do motor de passo, a linha roxa é a saída dos pulsos de passo para o motor e a linha azul é a posição do motor medida pelo codificador. A linha preta indica quando o controlador está traçando ativamente o perfil do movimento. Devido ao atrito no sistema, a posição final do motor de passo não corresponde à posição comandada, resultando em algum erro de estado estacionário.

Ao utilizar o feedback do encoder para reconhecer esse erro de posição, o ponto final pode ser ajustado comandando pulsos de passo adicionais para colocar o motor na posição correta. Galil chama isso de modo Stepper Position Maintenance, ou SPM. O SPM ainda opera o stepper no modo microstepping, mas a precisão do ponto final agora pode ser verificada e ajustada. Este modo funciona comparando a posição comandada do motor de passo com a saída de posição real do codificador imediatamente antes da conclusão de um movimento. A Figura 5 mostra o mesmo sistema da Figura 4 agora sendo operado no modo Stepper Position Maintenance. Após o término do movimento, o erro de posição é reconhecido e a posição de referência é ajustada para compensar esse erro. Um movimento de correção de erros é então comandado para trazer o stepper para a posição correta. Ao adicionar o codificador, o controlador agora tem a capacidade de reconhecer e corrigir erros presentes no sistema. O mesmo movimento que anteriormente resultou em erro de estado estacionário devido ao atrito pode agora ser contabilizado e corrigido.