Резонанс шагового двигателя:. Резонанс шагового двигателя


Резонансы шагового двигателя, среднечастотный резонанс

Суть явления

Дискретность и периодичность усилий, прикладываемых к ротору шагового двигателя, порождает в шаговом двигателе явление резонанса. Суть его аналогична резонансу в любой другой системе, в т.ч. классического примера с грузом на пружине. Роль "груза" выполняет ротор, роль "пружины" - усилия магнитного поля.  Резонанс - крайне негативное явление, возникающее на всех без исключения ШД. Эффект проявляется в виде внезапного появления гула, вибрации и падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов, потере синхронности или вообще остановке двигателя. Эффект проявляется в том случае, если частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя.

Виды резонанса

При вращении ШД Вы можете столкнуться с двумя типами резонанса (любой резонанс отнимает момент у ШД).

  • Низкочастотный резонанс. Проявлется в виде вибрации на низких скоростях кращения (~1 об/сек). Вызван резонанс несимметричностью токов в обмотках ШД. Современные драйверы Purelogic имеют механизм устранения низкочастотного резонанса путем выравниваем симметрии(подстройка фазных токов).
  • Среднечастотный резонанс. Проявляется в виде гула на средних скоростях вращения (6-12 об/сек). Частота, на который возникает и сила резонанса сильно зависит от параметров ШД и механической нагрузки. Собственная частота колебаний ШД зависит от момента инерции ротора (вместе с нагрузкой) и величины магнитного поля. Ввиду сложной конфигурации магнитного поля, резонансная частота ротора зависит от амплитуды колебаний. При уменьшении амплитуды частота растет - больший момент удержания и меньший момент инерции приводят к увеличению резонансной частоты.

Типичные случаи резонанса ШД: ссылка1 ссылка1

Как правило, резонанс ослабевает с увеличением деления шага. Это связано с тем, что ротор после подачи тока в обмотку некоторое время колеблется прежде чем зафиксироваться в конечном положении, и колебания тем сильней, чем больше инерция ротора.

 

Более мелкие перемещения в микрошаге не требуют длительных разгона-фиксации ротора, и позволяют быстро останавливать его между шагами, что уменьшает негативные последствия резонанса.

 

Видно, что в полношаговом режиме наблюдаются выбросы и колебания, в то время как в микрошаговом режиме их нет. Однако и в этом режиме график положения ротора отличается от прямой линии. Эта объясняется погрешностью геометрии деталей двигателя. Отсюда вытекает следующее правило:

Крайне не рекомендуется использовать на драйверах режим полного шага и полушага.На этих режимах резонанс проявляется особенно сильно!

Оптимальные режимы, которые мы рекомендуем, это микрошаг 1:8, 1:16 и 1:32.

Решение

Для борьбы с резонансом можно использовать различные методы, например, демпфирующие элементы типа муфт, но реальный эффект дает только использование микрошага и применение драйверов с подавлением резонанса.

Большинство драйверов Purelogic имеют специально разработанную электронную схему - автоматический компенсатор среднечастотного резонанса. Компенсатор позволяет полностью исключить резонирование ШД и сделать его вращение равномерным и устойчивым во всем диапазоне частот. Компенсатор среднечастотного резонанса не требует настройки.

purelogic.ru

Решения проблем резонанса в автоматике шаговых двигателей

 Шаговые двигатели отличаются высокой надежностью, просты в управлении и не требуют сложных дорогостоящих систем обратной связи. Поэтому компания Балтийское Объединение ОАО в своих разработках и системах автоматизации как правило использует именно шаговые двигатели. Их применение полностью оправдано в управлении станками для обработки цветных металлов, дерева, пластика, машинах плазменной, лазерной резки, плоттерах, медтехнике и других механизмах, в которых не требуется большой крутящий момент и высокие скорости подачи. Однако для решения специфических задач могут использоваться комбинированные методы, например, для точного определения положения ротора шаговые двигатели оснащаются энкодерами.

К сожалению, при всех достоинствах шаговый двигатель обладает существенными недостатками, основные из которых: малая удельная мощность, сравнительно низкие скорости вращения и невысокий крутящий момент. Шаговому двигателю, как дискретному синхронному двигателю, свойственен выход из синхронизма и как следствие потеря шагов при перемещении, что приводит к непоправимой ошибке позиционирования. Очень неприятным моментом является возникновение резонанса в электромеханической системе. Это является одной из причин нарушения нормальной работы привода. Для решения данных проблем нашей компанией была разработана и создана целая линейка драйверов шаговых двигателей, которые позволяют минимизировать воздействия резонанса и обеспечивают устойчивую работу электроники, автоматики и всего оборудования в целом. Драйверы уже используются в электронике станков лазерной, плазменной фрезерной обработки листовых материалов. Также они находят свое применение в отдельных устройствах и опциях, разработанных нашими специалистами. Например, в устройстве слежения на основе емкостного датчика, которое часто применяется как вертикальная Z координата.

При работе двигателя на частоте, совпадающей с резонансной, ротор двигателя колеблется вокруг положения устойчивого равновесия, возникает провал момента, что приводит к пропуску шагов и потере синхронности. Без принятия специальных мер шаговый двигатель при разгоне не может пройти резонансную частоту. Усиление амплитуды колебаний ротора вокруг положения равновесия вызывает сильные вибрации в передаточных механизмах, что является причиной избыточного шума и приводит к преждевременному износу механических деталей привода, вибрациям и нарушениям крепления частей и механизмов. В любом случае, явление резонанса способно существенно ухудшить точностные характеристики привода, поэтому изучение резонансных явлений и нестабильностей шагового привода представляет большой практический интерес.

Причиной возникновения резонанса является кратность частот собственных колебаний электромеханической системы и частот, возмущающих воздействий управляющих импульсов. В шаговом электроприводе как в нелинейной системе второго порядка резонанс может возникнуть при выполнении следующего условия:

 

В зависимости от сочетания резонанс и нестабильность пускового момента могут быть классифицированы по трем группам: низкочастотный резонанс, среднечастотная нестабильность и высокочастотные колебания.

Низкочастотный резонанс (частоты до 500 Гц).

 

Когда двигатель запускается с очень малой частотой вращения, а частота импульсов возрастает медленно, возникает резонанс на обертоне внешней частоты и субгармонические колебания.

 

Появляется главный резонанс на частотах собственных колебаний системы.

Возникает параметрический резонанс на обертоне собственной частоты.

Среднечастотная нестабильность. Одна из важнейших проблем, которую пришлось решать при разработке драйвера шагового двигателя и подборе самого двигателя как преодолеть данный вид резонанса. Он наблюдается при возрастании шаговых частот до 5001500 Гц и составляет 1/4, 1/5 шаговой частоты вращения.

Нестабильность имеет следующие особенности:

1) Колебания имеют одну или несколько частотных компонент. Они не связаны простым соотношением с шаговой частотой вращения двигателя и имеют более низкую частоту 5200 Гц.

2) При постоянных условиях работы наблюдаются медленно вырастающие колебания. Нарушение нормальной работы системы наступает через несколько секунд или даже минут. Возможна внезапная потеря синхронизма.

3) Характеристики нестабильности зависят от схемы и алгоритма управления.

4) Существенное влияние оказывает повышение момента инерции системы. Большая инерционность увеличивает нестабильность.

Высокочастотная нестабильность возникает на частотах 15002500 Гц, когда двигатель успешно проходит область среднечастотной нестабильности.

Анализируя условия и причины возникновения резонанса, наши специалисты выделили методы борьбы с каждой его разновидностью. Проблемой остается реализация решения, избавляющего от тех нестабильностей, которые оказывают наибольшее влияние на работу привода.

К настоящему времени Балтийским Объединением ОАО разработан микрошаговый инвертор с номинальным током фазы 8А, в котором реализован алгоритм обхода резонансных частот. Это позволяет получить мягкость хода во всем диапазоне рабочих скоростей. Использование такого алгоритма особенно важно для управления мощными двигателями с шагом 1.8° типа FL57, FL60, FL86, FL110 и т.п. А решение в пользу инвертора с таким алгоритмом повысит качество работы механической системы, особенно системы на зубчатых приводных ремнях, которой характерна прямая передача момента от вала двигателя на ремень через шестерню без редукции (ведущая шестерня кинематической системы зафиксирована непосредственно на валу двигателя).

Балтийское Объединение ОАО Технический директор Паршин Константин Эдвардович

Адрес: 199106, Россия, СанктПетербург,Шкиперский пр. 14Тел.: +7 (812) 715 69 66/77Факс +7 (812) 3563573Email: info@baltio.ru Http:// www.baltio.ru

199106, Россия, СанктПетербург,Шкиперский пр. 14 +7 (812) 715 69 66/77 +7 (812) 3563573 info@baltio.ru www.baltio.ru

* при использовании и перепечатывании ссылка на источник или сайт обязательна

mirprom.ru

Резонанс шагового двигателя:

Шаговым двигателям свойственен нежелательный эффект, называемый резонансом. Эффект проявляется в виде внезапного падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов и потере синхронности. Эффект проявляется в том случае, если частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя.

Когда двигатель совершает шаг, ротор не сразу устанавливается в новую позицию, а совершает затухающие колебания. Дело в том, что систему ротор – магнитное поле – статор можно рассматривать как пружинный маятник, частота колебаний которого зависит от момента инерции ротора (плюс нагрузки) и величины магнитного поля. Ввиду сложной конфигурации магнитного поля, резонансная частота ротора зависит от амплитуды колебаний. При уменьшении амплитуды частота растет, приближаясь к мало амплитудной частоте, которая более просто вычисляется количественно. Эта частота зависит от угла шага и от отношения момента удержания к моменту инерции ротора. Больший момент удержания и меньший момент инерции приводят к увеличению резонансной частоты.

Резонансная частота вычисляется по формуле:

F0 = (N*TH/(JR+JL))0.5/4*pi,

где F0 – резонансная частота,  N – число полных шагов на оборот,  TH – момент удержания для используемого способа управления и тока фаз,  JR – момент инерции ротора,  JL – момент инерции нагрузки.

Необходимо заметить, что резонансную частоту определяет момент инерции собственно ротора двигателя плюс момент инерции нагрузки, подключенной к валу двигателя. Поэтому резонансная частота ротора ненагруженного двигателя, которая иногда приводится среди параметров, имеет маленькую практическую ценность, так как любая нагрузка, подсоединенная к двигателю, изменит эту частоту.

На практике эффект резонанса приводит к трудностям при работе на частоте, близкой к резонансной. Момент на частоте резонанса равен нулю и без принятия специальных мер шаговый двигатель не может при разгоне пройти резонансную частоту. В любом случае, явление резонанса способно существенно ухудшить точностные характеристики привода.

В системах с низким демпфированием существует опасность потери шагов или повышения шума, когда двигатель работает вблизи резонансной частоты. В некоторых случаях проблемы могут возникать и на гармониках частоты основного резонанса.

Когда используется не микрошаговый режим, основной причиной появления колебаний является прерывистое вращение ротора. При осуществлении шага ротору толчком сообщается некоторая энергия. Этот толчок возбуждает колебания. Энергия, которая сообщается ротору в полушаговом режиме, составляет около 30% от энергии полного шага. Поэтому в полушаговом режиме амплитуда колебаний существенно меньше. В микрошаговом режиме с шагом 1/32 основного при каждом микрошаге сообщается всего около 0.1% от энергии полного шага. Поэтому в микрошаговом режиме явление резонанса практически незаметно.

Для борьбы с резонансом можно использовать различные методы. Например, применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний. Другим способом является применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного вяДля борьбы с резонансом можно использовать различные методы. Например, применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний. Другим способом является применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного вязкой кремнийорганической смазкой, может вращаться металлический диск. При вращении этой системы с ускорением диск испытывает вязкое трение, что эффективно демпфирует систему.

Существуют электрические методы борьбы с резонансом. Колеблющийся ротор приводит к возникновению в обмотках статора ЭДС. Если закоротить обмотки, которые на данном шаге не используются, это приведет к демпфированию резонанса.

И, наконец, существуют методы борьбы с резонансом на уровне алгоритма работы драйвера. Например, можно использовать тот факт, что при работе с двумя включенными фазами резонансная частота примерно на 20% выше, чем с одной включенной фазой. Если резонансная частота точно известна, то ее можно проходить, меняя режим работы.

Если это возможно, при старте и остановке нужно использовать частоты выше резонансной. Увеличение момента инерции системы ротор-нагрузка уменьшает резонансную частоту.

Самой эффективной мерой для борьбы с резонансом является применение микро шагового режима.

studfiles.net

2.6 Резонанс шд и борьба с ним.

Шаговым двигателям свойственен нежелательный эффект, называемый резонансом. Эффект проявляется в виде внезапного падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов и потере синхронности. Эффект проявляется в том случае, если частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя. Когда двигатель совершает шаг, ротор не сразу устанавливается в новую позицию, а совершает затухающие колебания. Дело в том, что систему ротор – магнитное поле – статор можно рассматривать как пружинный маятник, частота колебаний которого зависит от момента инерции ротора (плюс нагрузки) и величины магнитного поля. Это значит что резонансная частота зависит от тока, поданного на обмотки. Поэтому для нахождения этой частоты будем использовать номинальный ток.

Итак определим частоты, на которых ШД ведёт себя неустойчиво. Для этого используем ранее полученную модель ШД (Steping motor) и подадим на одну из его обмоток постоянный номинальный ток, а на другую синусоидальный источник тока с плавно меняющейся частотой и амплитудой равной также номинальному току.

Прогонять сигнал через драйвер нецелесообразно, поскольку потребуется очень много времени на вычисления. К примеру: 0.01 секунда симуляции всей модели требует 10 секунд машинного времени (процессор Intel Core 2 Duo P750). А для прохождения частотного диапазона потребует 20 секунд симуляции модели и в 1000 раз больше машинного времени. Это 5 часов работы компьютера. Поэтому модель драйвера не используем. Но напряжение следует оставить прежним 24 вольта. Для стабилизации тока используем добавочное сопротивление. Нужно увеличить его сопротивление до такого уровня, чтобы ток не поднимался выше номинального:

[Ом] добавочное сопротивление

(21)

Рис 2.6.1

Блок с названием Chirp Signal, он подаёт сигнал с амплитудой равной 1 и частотой, которая линейно увеличивается с 0 до 200 Гц в течение 20 сек. Блок Gain2 переводит размерность [рад] в шаги, где каждый шаг равен 1.8 градуса (смотрите паспорт ШД). Запустим симуляцию:

Рис 2.6.2

Этот график как никак лучше отображает каким образом резонанс может повлиять на устойчивость двигателя. На низких частотах всё происходит так как задумано (частоты до 15 Гц) двигатель колеблется от 0.5 шага до -0.5 не выходя за рамки этих частот. Смотрите рисунок рис 2.3.3 чтобы свериться с теорией. Далее скорость ротора увеличивается и инерция системы даёт о себе знать: ротор словно раскачивается, выходит за пределы дозволенной амплитуды. Затем амплитуда несколько снижается (частоты около 40 Гц), из-за силы трения. Но дальше и она не может воспрепятствовать увеличению амплитуды. Как только амплитуда превышает 1.5 шага, сила, возвращяющая ротор к нулевому положению начинает действовать в противоположном направлении и ротор продолжает вращаться, превышая 1 оборот. Далее он ведёт себя непредсказуемо. Здесь нет отдельно взятой резонансной частоты, здесь целая область частот с неустойчивой работой двигателя, а именно частоты от 58 до 120 Гц. Как только мы выходим за область неустойчивости, ротор может оказаться где угодно – нередко на 20-40 шагов от начального положения. На рис. 2.5.8 выбран вариант когда ротор вернулся в нулевое положение – это большое везение.

Итак, какой способ следует выбрать для борьбы с резонансом. Способы:

  1. применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний.

  2. применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного вязкой кремнийорганической смазкой, может вращаться металлический диск. При вращении этой системы с ускорением диск испытывает вязкое трение, что эффективно демпфирует систему.

  3. электрические методы борьбы с резонансом. Колеблющийся ротор приводит к возникновению в обмотках статора ЭДС. Если закоротить обмотки, которые на данном шаге не используются, это приведет к демпфированию резонанса.

  4. существуют методы борьбы с резонансом на уровне алгоритма работы драйвера. Например, можно использовать тот факт, что при работе с двумя включенными фазами резонансная частота примерно на 20% выше, чем с одной включенной фазой. Если резонансная частота точно известна, то ее можно проходить, меняя режим работы.

  5. при старте и остановке нужно использовать частоты выше резонансной. Увеличение момента инерции системы ротор-нагрузка уменьшает резонансную частоту.

  6. самой эффективной мерой для борьбы с резонансом является применение микрошагового режима.

Все способы связанные с конструктивными доработками системы нам не подходят, поскольку это увеличит сложность системы, а следовательно её надёжность. Будем бороться с резонансом программными методами. Например использование микрошагового режима. Нам в любом случае придётся вводить этот режим, чтобы увеличить точность системы. Таким образом убьём 2-х зайцем одним ударом.

Когда используется не микрошаговый режим, основной причиной появления колебаний является прерывистое вращение ротора. При осуществлении шага ротору толчком сообщается некоторая энергия. Этот толчок возбуждает колебания. Энергия, которая сообщается ротору в полушаговом режиме, составляет около 30% от энергии полного шага. Поэтому в полушаговом режиме амплитуда колебаний существенно меньше. В микрошаговом режиме с шагом 1/32 основного при каждом микрошаге сообщается всего около 0.1% от энергии полного шага. Поэтому в микрошаговом режиме явление резонанса практически незаметно.

Сразу можно привести пример, подтверждающий эффективность использования резонанса, на нашей модели:

Рис 2.6.3 (полношаговый режим)

Рис 2.6.4 (деление шага на 2)

Рис 2.6.5 (деление шага на 4)

Здесь используются следующие настройки: частота f=15 Гц и деление шага k от 1 до 3. На рис 2.6.3-2.6.5 изображены графики требуемых углов поворота (задаётся микроконтроллером) и получаемых в результате углов поворота на выходе из модели ШД. Видно что ошибка довольно сильно уменьшается с каждым делением шага. Для получения этих графиков использовалась модель на рис 2.6.3 (сохранена в файле steping_motors_v8_1_1). Для анализа резонанса будем очень часто обращяться к этой заготовке. Модель отличается от модели на рис 2.6.1 добавлением микроконтроллера, осцилографа для измерения ошибки по углу (единица измерения шаг) с соответствующей цепью и добавлением к осцилографу для измерения угла мультиплексированной шины с требуемым угом от микроконтроллера (для удобного сравнения как на рис 2.6.3-рис 2.6.5).

Рис 2.6.3

Для наиболее полного анализа резонанса проведём следующие измерения (с помощью модели, изображённой на рис 2.6.3). Требуется построить график зависимости частоты подаваемого сигнала с микроконтроллера от максимальной ошибки по углу положения ротора. Причём получить эту зависимость для каждого режима: полношагового, с делением шага на 2, с делением шага на 4, и если потребуется на 8. Следует заметить тот факт, что автоматизировать процесс нельзя, потому что в некоторых случаях из-за резонанса двигатель теряет устойчивость и пропускает шаги в некоторых случаях на сотни шагов. Кроме того в начале работы ШД стоит на месте, ему нужно набрать скорость, при этом ошибка также ведёт себя каждый раз по разному. Приходиться вручную задавать частоту, моделировать процесс (что занимает в среднем около 10 сек.) и смотреть ошибку на выходе системы, и так точку за точкой записывать в таблицу эксель (смотрите Таблицу 2.6.1). В графической форме эти данные представлены на листе А1, поскольку здесь не было бы видно деталей.

Таблица 2.6.1

полношаговый режим

деление шага на 2

деление шага на 4

частота [Гц]

ошибка [шаг]

частота [Гц]

ошибка [шаг]

частота [Гц]

ошибка [шаг]

1

0,900

1

0,500

1

0,250

2

0,900

2

0,500

2

0,300

5

0,900

5

0,410

5

0,250

10

1,100

10

0,440

7

0,170

15

1,150

15

0,950

8

0,500

16

1,100

17

0,450

9

0,170

17

0,650

20

0,330

10

0,160

20

0,900

25

0,590

11

0,230

25

1,000

30

0,280

15

0,145

30

1,300

35

0,310

20

0,195

35

1,000

38

0,350

21

0,280

37

0,510

39

0,380

22

0,930

38

0,550

40

2,000

23

0,800

39

2,000

41

1,200

24

0,660

44

2,000

45

1,000

25

0,530

45

2,000

50

0,770

26

0,420

46

2,000

55

0,540

30

0,215

47

2,000

60

0,400

40

0,135

48

1,100

70

0,300

50

0,135

49

0,950

80

0,270

75

0,148

50

0,900

90

0,260

100

0,159

51

0,850

100

0,270

120

0,167

52

0,750

120

0,280

150

0,180

55

0,720

150

0,300

200

0,198

60

0,720

180

0,310

250

0,217

65

0,550

200

0,320

300

0,235

66

0,520

250

0,340

400

0,273

67

2,000

300

0,360

500

0,310

68

2,000

400

0,400

700

0,381

69

2,000

500

0,435

737

0,394

70

2,000

700

0,505

738

2,000

75

2,000

726

0,515

80

2,000

727

2,000

90

2,000

95

2,000

98

2,000

99

2,000

100

2,000

105

2,000

110

2,000

111

2,000

112

2,000

113

2,000

114

2,000

115

2,000

116

1,400

120

1,200

130

0,630

140

0,570

150

0,550

200

0,550

250

0,560

300

0,590

400

0,640

500

0,680

600

0,720

679

0,750

680

2,000

Конец таблицы 2.6.1

По части результатов. Обратите внимание, если ошибка превышает 2 шага, это значит, что потеряна устойчивость ШД, в этом случае обязательно будет пропуск шагов независимо от режимов работы.

Результаты измерений частотного анализа для различных режимов:

  1. Полношаговый режим: потеря устойчивости на частотах 39-47 Гц и 67-115 Гц (2 области неустойчивасти). Самая высокая точность на частотах, после резонанса 0,55 шага. Максимальная частота вращения без плавного разгона 679 шагов в секунду.

  1. Полушаговый режим: потеря устойчивости на частоте 40 Гц. Самая высокая точность на частотах, после резонанса 0,26 шага. Максимальная частота вращения без плавного разгона 727 шагов в секунду.

  1. Полушаговый режим: потеря устойчивости отсутствует, есть пик с ошибкой 0,93шага на частоте 22 Гц. Самая высокая точность на частотах, после резонанса 0,14 шага. Максимальная частота вращения без плавного разгона 738 шагов в секунду.

studfiles.net

Резонанс шагового двигателя

Главная » Новости

Опубликовано: 02.10.2018

Резонанс Шагового двигателяПубликации > Шаговые двигатели > Резонанс шагового двигателя

Шаговым двигателям свойственен нежелательный эффект, называемый резонансом. Эффект проявляется в виде внезапного падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов и потере синхронности. Эффект проявляется в том случае, если частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя.

Резонанс шаговых движков

Когда двигатель совершает шаг, ротор не сразу устанавливается в новую позицию, а совершает затухающие колебания. Дело в том, что систему ротор – магнитное поле – статор можно рассматривать как пружинный маятник, частота колебаний которого зависит от момента инерции ротора (плюс нагрузки) и величины магнитного поля. Ввиду сложной конфигурации магнитного поля, резонансная частота ротора зависит от амплитуды колебаний. При уменьшении амплитуды частота растет, приближаясь к малоамплитудной частоте, которая более просто вычисляется количественно. Эта частота зависит от угла шага и от отношения момента удержания к моменту инерции ротора. Больший момент удержания и меньший момент инерции приводят к увеличению резонансной частоты.

Резонанс Шаговых двигателей, помогите с решением проблемы

Резонансная частота вычисляется по формуле:

F0 = (N*TH/(JR+JL))0.5/4*pi, где F0 – резонансная частота, N – число полных шагов на оборот, TH – момент удержания для используемого способа управления и тока фаз, JR – момент инерции ротора, JL – момент инерции нагрузки.

Необходимо заметить, что резонансную частоту определяет момент инерции собственно ротора двигателя плюс момент инерции нагрузки, подключенной к валу двигателя. Поэтому резонансная частота ротора ненагруженного двигателя, которая иногда приводится среди параметров, имеет маленькую практическую ценность, так как любая нагрузка, подсоединенная к двигателю, изменит эту частоту.

На практике эффект резонанса приводит к трудностям при работе на частоте, близкой к резонансной. Момент на частоте резонанса равен нулю и без принятия специальных мер шаговый двигатель не может при разгоне пройти резонансную частоту. В любом случае, явление резонанса способно существенно ухудшить точностные характеристики привода.

В системах с низким демпфированием существует опасность потери шагов или повышения шума, когда двигатель работает вблизи резонансной частоты. В некоторых случаях проблемы могут возникать и на гармониках частоты основного резонанса.

Когда используется не микрошаговый режим, основной причиной появления колебаний является прерывистое вращение ротора. При осуществлении шага ротору толчком сообщается некоторая энергия. Этот толчок возбуждает колебания. Энергия, которая сообщается ротору в полушаговом режиме, составляет около 30% от энергии полного шага. Поэтому в полушаговом режиме амплитуда колебаний существенно меньше. В микрошаговом режиме с шагом 1/32 основного при каждом микрошаге сообщается всего около 0.1% от энергии полного шага. Поэтому в микрошаговом режиме явление резонанса практически незаметно.

Для борьбы с резонансом можно использовать различные методы. Например, применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний. Другим способом является применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного вяДля борьбы с резонансом можно использовать различные методы. Например, применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний. Другим способом является применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного вязкой кремнийорганической смазкой, может вращаться металлический диск. При вращении этой системы с ускорением диск испытывает вязкое трение, что эффективно демпфирует систему.

Существуют электрические методы борьбы с резонансом. Колеблющийся ротор приводит к возникновению в обмотках статора ЭДС. Если закоротить обмотки, которые на данном шаге не используются, это приведет к демпфированию резонанса.

И, наконец, существуют методы борьбы с резонансом на уровне алгоритма работы драйвера. Например, можно использовать тот факт, что при работе с двумя включенными фазами резонансная частота примерно на 20% выше, чем с одной включенной фазой. Если резонансная частота точно известна, то ее можно проходить, меняя режим работы.

Если это возможно, при старте и остановке нужно использовать частоты выше резонансной. Увеличение момента инерции системы ротор-нагрузка уменьшает резонансную частоту.

Самой эффективной мерой для борьбы с резонансом является применение микрошагового режима .

volgo-donsk.ru