Controle de Microstepping para Motores de Passo

Visão Geral

Quando um motor de passo opera em baixa velocidade, o rotor tende a oscilar repetidamente em torno de sua posição de equilíbrio durante a comutação de fase, devido ao impacto de velocidade e à inércia. Essa oscilação degrada a precisão de funcionamento e gera ruído significativo.

Duas abordagens principais tratam esse problema:

1. Aumentar o número de fases do motor para reduzir o deslocamento angular do rotor durante cada transição de passo.
2. Aplicar o controle de microstepping, uma técnica proposta pela primeira vez em meados da década de 1970 e que desde então se tornou amplamente adotada. O microstepping reduz efetivamente o ângulo de passo do motor, melhora a estabilidade operacional e aumenta a flexibilidade de controle.

O Que É Microstepping?

Microstepping é um método de acionamento que divide o ângulo de passo completo inerente do motor em um número de passos intermediários menores. Isso é realizado inteiramente dentro do driver, controlando com precisão as correntes de fase do motor de passo; é independente da construção inerente do motor.

Como o Microstepping Funciona

Em um acionamento convencional de passo completo, a corrente em uma fase do estator energizada sobe até seu valor nominal instantaneamente, e a corrente em uma fase desenergizada cai a zero de forma igualmente abrupta, produzindo uma forma de onda de corrente aproximadamente quadrada.

Em um acionamento com microstepping, as correntes de fase variam gradualmente em vez de serem comutadas abruptamente. A forma de onda da corrente do enrolamento torna-se uma onda aproximada em escada de N níveis, em vez de uma onda quadrada. O campo magnético resultante gerado pelas correntes dos enrolamentos do estator cria então N novas posições de equilíbrio para o rotor dentro de cada passo completo, formando efetivamente N micropassos.

Vantagens do Microstepping

A tecnologia de acionamento por microstepping tem sido objeto de extensa pesquisa em todo o mundo. Drivers modernos de microstepping de alto desempenho podem atingir níveis de micropasso na casa dos milhares ou superiores. Algoritmos avançados de controle de corrente agora produzem ângulos de micropasso altamente uniformes, o que proporciona diversos benefícios importantes:

• Resolução de passo do motor de passo significativamente melhorada.
• Redução ou eliminação da vibração de baixa frequência.
• Menor ruído audível.
• Saída de torque mais suave, com menor flutuação de torque.

Essas melhorias conferem aos motores de passo características de desempenho mais próximas das dos servomotores.

Precisão vs. Resolução do Microstepping

É importante distinguir entre resolução de passo e precisão real de posicionamento ao usar microstepping.

O microstepping é fundamentalmente uma técnica de amortecimento eletrônico. Seu objetivo principal é reduzir ou eliminar a vibração de baixa frequência inerente aos motores de passo. A melhoria na precisão de posicionamento é um benefício secundário da tecnologia de microstepping.

Embora o microstepping aumente a resolução de cada pulso de comando, se a precisão real de funcionamento do motor se aproxima dessa resolução depende de diversos fatores, principalmente da precisão do controle de corrente do driver de microstepping. A precisão do driver varia significativamente entre fabricantes, e níveis mais altos de micropasso são inerentemente mais exigentes para controlar com precisão.

Microstepping Verdadeiro vs. Suavização de Corrente

O microstepping verdadeiro impõe requisitos técnicos e de fabricação rigorosos ao driver e, consequentemente, possui custo mais elevado. Alguns drivers empregam suavização de corrente como substituto do microstepping genuíno das correntes de fase do motor. Essa abordagem é às vezes chamada de pseudo-microstepping.

As principais diferenças incluem:

Observe que o microstepping verdadeiro não aumenta o torque de retenção nominal do motor. No entanto, como reduz a vibração e as perdas de energia associadas, o torque útil efetivo entregue à carga pode melhorar ligeiramente em comparação com a operação em passo completo.