Svelti i motori passo a passo: dalla meccanica di base ai sistemi di controllo avanzati

Motori passo-passo altamente affidabili: potenza e precisione nel controllo del movimento

I motori passo a passo sono spesso sottovalutati rispetto ai servomotori, ma offrono un'affidabilità paragonabile.che consente un posizionamento preciso e un controllo della velocitàCon una coppia elevata a bassa velocità e una minima vibrazione, eccellono nelle applicazioni di posizionamento rapido e a breve distanza.

Motori passo a passo: una guida completa sui principi, i tipi e le applicazioni

"Motori passo-passo? i servomotori devono funzionare meglio". Questo è un malinteso comune quando si discute di motori passo-passo.I motori passo a passo eccellono in diverse applicazioni, dalle attrezzature industriali avanzate agli strumenti automatici di uso quotidianoQuesto articolo spiega perché rimangono una scelta privilegiata per i sistemi a motore di precisione.

Mentre alcuni possono trascurare i motori passo a passo, il loro ruolo nel controllo ad alta precisione è fondamentale in tutti i settori.dispositivi medici, strumenti analitici, fasi di precisione, sistemi finanziari, macchine per l'imballaggio di alimenti e persino regolazioni dell'apertura della fotocamera, dimostrando la loro versatilità in ambienti esigenti e critici per la precisione.

Perché usi un motore passo?

Facile da usare: 34%
A basso costo: 17%
Operazioni semplici: 16%
Nessuna necessità di sintonizzazione: 12%
Altri: 21%
*# delle interrogazioni: 258 (possibili risposte multiple) / ricercato da Oriental Motor

Principali vantaggi: facile da usare, facile da usare e poco costoso

Secondo un sondaggio condotto tra gli utenti dei motori passo a passo, molti li preferiscono per la loro facilità d'uso, il loro funzionamento semplice e i bassi costi/benefici direttamente legati al loro design strutturale e di sistema.La meccanica e la configurazione semplici dei motori passo-passo spiegano naturalmente questi vantaggiTuttavia, alcuni lettori potrebbero mettere in dubbio la loro precisione e le prestazioni di coppia.Comprendere le caratteristiche del motore passo a passo e adattarle alle esigenze operativeIn seguito, le principali caratteristiche e le conoscenze tecniche sono descritte:

Alta precisione di arresto con prestazioni veloci a bassa/media velocità

I motori passo a passo offrono un'eccezionale precisione di arresto e consentono un controllo preciso in circuito aperto.Senza errori di passo cumulativiIl loro design senza codificatore semplifica il sistema di azionamento, riducendo i costi mantenendo l'affidabilità.

Articolo 1
Fantastica precisione di arresto

Ad esempio, quando si converte la precisione di arresto ±0,05° di un motore passo a passo al meccanismo a vite a sfera:

Condizioni di funzionamento:
• Motore: serie RK II

• Piombo della vite a sfera: 10 mm

Accuratezza di arresto: ±1,4 μm

Generalmente la precisione di una vite a sfera di tipo a terra è di ± 10 μm. Quando si utilizza una vite a sfera di tipo a sfera arrotolata, la sua precisione diminuisce a ± 20 μm,indicando che la precisione di arresto di un motore passo è molto superiore a quella dei tipi di vite a sfera.

I motori passo a passo eccellono nella coppia a bassa/media velocità, un fattore chiave di differenziazione dai servomotori, che forniscono coppia costante a velocità medie-alte e si adattano a compiti a lungo tratto e ad alta rotazione.,i motori passo a passo presentano una curva di coppia non piana: la coppia massima a basse/medie velocità scende significativamente a alte velocità, il che li rende ideali per applicazioni a breve tratto (ad esempio, rotazioni limitate),dove forniscono:

• Alta coppia alle velocità richieste per un posizionamento rapido in compiti come tavoli a rotazione multipla o inching.
• prestazioni stabili a bassa velocità (una sfida per i servos), con un minimo bisogno di funzionamento ad alta velocità, poiché i compiti a breve tratto rallentano e si fermano prima di raggiungere il picco delle RPM.

In breve, i passo-passo ottimizzano la coppia dove conta di più: la gamma bassa/media velocità critica per applicazioni a breve distanza e a guida di precisione.

Alta reattività e ottima sincronizzazione

La terza caratteristica eccezionale dei motori passo è la loro reattività. Con il controllo a circuito aperto, che invia comandi in senso unico al motore, i motori passo possono essere altamente sincronizzati con i segnali di comando.In contrastoI servomotori, invece, funzionano in tempo reale con impulsi in entrata, riducendo al minimo la latenza e garantendo una risposta rapida.

Questo rende i motori passo a passo ideali per applicazioni che richiedono la sincronizzazione multi-motore.I motori passo a passo possono coordinare con precisione i movimenti, garantendo un trasferimento senza soluzione di continuità tra i trasportatori.

Articolo 2
Eccellente gamma a bassa e media velocità!

Esempio: la coppia di un telaio del motore di dimensioni 85 mm è equivalente a una coppia nominale di un servomotore da 400 W a 1000 giri/min.

Per un posizionamento a breve distanza, è essenziale avere una coppia elevata nella gamma bassa / media.

Punto 3
Un'alta sensibilità!

Applicazioni adatte

Oltre ad un'applicazione a pollici con frequenti avvio e arresto, i motori passo a passo sono adatti per posizionare processori di controllo delle immagini che non amano le vibrazioni,con una lunghezza di carica superiore a 50 mm,Inoltre, il costo è significativamente ridotto sostituendo un azionamento a vite a sfera con un azionamento a cintura.

Il vantaggio delle grandi caratteristiche

Oltre alla riduzione dei costi, i motori passo a passo hanno molti vantaggi in termini di prestazioni..Più avanti, vengono introdotte informazioni dettagliate sui motori passo, come la struttura di base, il sistema e gli esempi di applicazioni, per ulteriori informazioni sui motori passo.

I principi fondamentali dei motori a passo

Funzionamento e struttura

Un motore passo a passo ruota con un angolo di passo fisso, proprio come la lancetta di un orologio.Il posizionamento altamente preciso può essere eseguito con il controllo a circuito aperto grazie alla struttura meccanica all'interno del motore.

Posizionamento preciso (numero di passaggi)

Pur avendo il pieno controllo della rotazione e della velocità, la struttura semplice dei motori passo a passo viene raggiunta senza l'uso di componenti elettrici, come un codificatore all'interno del motore.I motori passo a passo sono molto robusti e hanno un'alta affidabilità con pochissimi guastiPer quanto riguarda la precisione di arresto, ± 0,05° (senza errori di inclinazione cumulativi) è molto accurato.Perché il posizionamento dei motori passo è eseguito da controllo a circuito aperto e gestito dallo statore magnetizzato e rotore magnetico con denti piccoliI motori passo a passo hanno un meccanismo di follow-up più elevato rispetto a quello dei servomotori.di bassa rigidità.

Utile per il controllo della velocità e del controllo della posizione

Quando gli impulsi vengono inviati a un driver attraverso un generatore di impulsi, i motori passo a passo si posizionano in base al numero di impulsi di ingresso.8° per i motori passo a passo a due fasiLa velocità di rotazione del motore passo è determinata dalla velocità della frequenza di impulso (Hz) data al conducente,e è possibile modificare liberamente la rotazione del motore semplicemente cambiando il numero di impulsi di ingresso o frequenze al conducenteI motori passo a passo servono non solo come motori di controllo della posizione, ma anche come motori di controllo della velocità con elevata sincronizzazione.

Motori passo a passo Utilizzando:

• Posizionamento ripetitivo ad alta frequenza di angoli fissi di passo
• Posizionamento che richiede un lungo tempo di sosta a causa di regolazioni di larghezza, ecc.
• carichi e rigidità variabili
• Posizionamento che divide 1 ciclo
• alberi del motore che richiedono un funzionamento sincrono

Sistema operativo

Controllo semplice senza sensori o feedback

Poiché è possibile eseguire un posizionamento e un controllo della posizione accurati sincronizzando con il numero di impulsi di comando e la velocità, non sono necessari dispositivi, come un sensore,per il posizionamento. Pertanto, l'intero sistema è semplice da costruire. Se non è necessario un controllo avanzato, come un'operazione di interpolazione, si consiglia il driver di tipo di funzione del controller integrato.I costi sono ridotti eliminando i controllori, come un generatore di impulsi e moduli di posizionamento PLC.

Sensore integrato a ciclo chiuso

Anche se è possibile un posizionamento di alta precisione con il controllo a circuito aperto, cosa succederebbe se si verificasse un problema?può essere utilizzato un motore di tipo codificatore o di tipo controllo a circuito chiuso con sensore incorporato (serie AR).

È possibile ridurre ulteriormente i costi?

Il problema comune tra gli ingegneri progettisti è la riduzione dei costi.è stato condotto sulla base del meccanismo a vite a sferaI dettagli della prova sono illustrati di seguito:

Missione

Meccanismo di movimento lineare

1Aumenta ulteriormente la velocità.
2Riduzione ulteriore dei costi
[Condizioni dell'apparecchiatura originariamente progettata] Meccanismo: vite a sfera + servomotore Condizioni quali carico, velocità e piombo, mostrate a destra,sono determinati sulla base del servomotore collegato con viti a sfera e piastra di acciaio.

Piano

Cambiare il meccanismo a rulliera
• Vattone a sfera se si tenta di aumentare la velocità => il meccanismo a cintura può essere più adatto => da 1000 mm/s a 1500 mm/s è possibile con il meccanismo a cintura.Cambiare cintura se non c'è alcun problema con la precisione di posizionamento. • ridurre significativamente i costi se è possibile passare alla cintura => La cintura è economica ma la sua bassa rigidità può influenzare la stabilità del funzionamento del servomotore, anche con regolazione automatica.

Problemi

1Differenza nella precisione di arresto tra vite e cintura... quanta precisione di arresto è richiesta?
2. Impatto di bassa rigidità... Impatto sul tempo di sedimentazione, evitando problemi di sintonizzazione
• Migliore precisione di arresto con la vite. Nessun problema per cambiare alla cintura? => La precisione di arresto richiesta per l'applicazione è di ± 0,05 ~ 0,1 mm, che non è così precisa come quella per la vite.Pertanto,Non dovrebbe essere un problema sostituirlo con la cintura.
• Se si passa alla cintura, la rigidità del meccanismo diminuisce, rendendo così instabile il movimento del servomotore.Per questo motivoI motori passo-passo hanno un funzionamento molto elevato, non richiedono regolazioni e sono resistenti a bassa rigidità.

Estimazione

Meccanismo: Pulley cintura + motore: Provare con motore stepper

Problemi

1Differenza nella precisione di arresto tra vite e cintura... quanta precisione di arresto è richiesta?
2. Impatto di bassa rigidità... Impatto sul tempo di sedimentazione, evitando problemi di sintonizzazione
• Migliore precisione di arresto con la vite. Nessun problema per cambiare alla cintura? => La precisione di arresto richiesta per l'applicazione è di ± 0,05 ~ 0,1 mm, che non è così precisa come quella per la vite.Pertanto,Non dovrebbe essere un problema sostituirlo con la cintura.
• Se si passa alla cintura, la rigidità del meccanismo diminuisce, rendendo così instabile il movimento del servomotore.Per questo motivoI motori passo-passo hanno un funzionamento molto elevato, non richiedono regolazioni e sono resistenti a bassa rigidità.

Estimazione

Meccanismo: Pulley cintura + motore: Provare con motore stepper

• Massa trasportabile -> carico massimo ammissibile 7 kg • Velocità di marcia -> Migliorato a 800 mm/s Motore => Passando da motore passo a motore servomotore, costi ridotti del 50%!Meccanismo => Passando da vite a sfera a cintura, ridotto i costi del 7%!

Risultati

C'era molto spazio per ridurre i costi!
Con una revisione del meccanismo basata su zero e la selezione del motore basata sulle caratteristiche, siamo riusciti ad aumentare le specifiche e ridurre i costi.anche con la dimensione del motore è diventato leggermente più grandeIn passato, la selezione del motore era basata sulla sua facilità d'uso o familiarità.E'stato sorprendente che i motori passo a passo sono più convenienti del previstoIn questo esercizio si è riconosciuto che la scelta equilibrata tra le specifiche del motore e il costo, in particolare per i motori a motore a motore, non è sufficiente.mentre massimizzare le caratteristiche motorie è la chiave.

Quale ha una maggiore precisione di frenata: il motore passo a passo o il servomotore?

Ricerca di un motore con una buona precisione di arresto: che differenza c'è tra motori passo e servomotori?

Supposizione: il servomotore CA serie NX è dotato di un codificatore a 20 bit, quindi dovrebbe avere una risoluzione fine e una buona precisione di arresto.

In primo luogo, è necessario chiarire la differenza tra risoluzione e precisione di arresto: la risoluzione è il numero di passi per rivoluzione e viene anche chiamata angolo di passo per i motori passo a passo.È necessario quando si considera quanto preciso il posizionamento richiesto deve essereLa precisione di arresto è la differenza tra la posizione di arresto reale e la posizione di arresto teorica.

Ciò significa che il servomotore CA dotato di un codificatore ad alta precisione ha una precisione di arresto migliore rispetto ai motori passo a passo?
In passato non c'era alcun problema con il concetto di "precisione di arresto dei servomotori pari alla risoluzione dell'encoder entro ±1 impulso".I servomotori recenti sono dotati di un codificatore a 20 bit (1,048Per questo motivo, gli errori dovuti all'accuratezza dell'installazione dell'encoder hanno un effetto enorme sulla precisione di arresto.il concetto di precisione di arresto ha iniziato a cambiare leggermente.
Secondo i grafici di confronto, la precisione di arresto tra i motori passo a passo e i servomotori CA è quasi la stessa (± 0,02o ~ 0,03o).La precisione dipende dalla precisione meccanica del motore per i motori stepper, quindi se la posizione di arresto può essere effettuata per 7,2o, il posizionamento viene fatto dagli stessi piccoli denti sul rotore in ogni momento, secondo la struttura del motore.Ciò consente di migliorare ulteriormente la precisione dell'arresto.
Tuttavia, i motori passo a passo possono generare un angolo di spostamento a seconda del valore della coppia di carico.I servomotori CA possono avere una larghezza di caccia più ampia in risposta alle regolazioni di guadagnoPer queste ragioni, occorre essere prudenti.

Confronto della precisione di arresto tra i motori passo a passo e i servomotori CA