Panoramica
Quando un motore passo-passo funziona a bassa velocità, il rotore tende a oscillare ripetutamente attorno alla propria posizione di equilibrio durante la commutazione di fase a causa dell'impatto di velocità e dell'inerzia. Questa oscillazione riduce la precisione di funzionamento e genera un rumore significativo.
Due approcci principali affrontano questo problema:
- Aumentare il numero di fasi del motore per ridurre lo spostamento angolare del rotore durante ogni transizione di passo.
- Applicare il controllo di azionamento a microstepping, una tecnica proposta per la prima volta a metà degli anni '70 e da allora ampiamente adottata. Il microstepping riduce efficacemente l'angolo di passo del motore, migliora la stabilità operativa e aumenta la flessibilità di controllo.
Che cos'è il microstepping?
Il microstepping è un metodo di azionamento che suddivide l'angolo di passo intero intrinseco del motore in un numero di passi intermedi più piccoli. Ciò è ottenuto interamente all'interno del driver controllando con precisione le correnti di fase del motore passo-passo; è indipendente dalla costruzione intrinseca del motore.
Come funziona il microstepping
In un azionamento convenzionale a passo intero, la corrente in una fase di statore energizzata sale al valore nominale istantaneamente e la corrente in una fase disenergizzata scende a zero altrettanto bruscamente, producendo una forma d'onda di corrente approssimativamente quadra.
In un azionamento a microstepping, le correnti di fase vengono variate gradualmente anziché commutate bruscamente. La forma d'onda della corrente dell'avvolgimento diventa un'onda approssimata a gradini a N livelli anziché un'onda quadra. Il campo magnetico risultante generato dalle correnti degli avvolgimenti dello statore crea quindi N nuove posizioni di equilibrio per il rotore all'interno di ogni passo intero, formando efficacemente N micropassi.
Vantaggi del microstepping
La tecnologia di azionamento a microstepping è stata oggetto di ricerche approfondite in tutto il mondo. I moderni driver a microstepping ad alte prestazioni possono raggiungere livelli di micropasso nell'ordine delle migliaia o superiori. Algoritmi avanzati di controllo della corrente producono ora angoli di micropasso altamente uniformi, il che offre diversi vantaggi chiave:
- Risoluzione di passo del motore passo-passo notevolmente migliorata.
- Vibrazione a bassa frequenza ridotta o eliminata.
- Rumore udibile inferiore.
- Coppia in uscita più uniforme con ridotta fluttuazione di coppia.
Questi miglioramenti conferiscono ai motori passo-passo caratteristiche prestazionali che si avvicinano maggiormente a quelle dei servomotori.
Precisione vs. risoluzione del microstepping
È importante distinguere tra risoluzione di passo e precisione di posizionamento effettiva quando si utilizza il microstepping.
Il microstepping è fondamentalmente una tecnica di smorzamento elettronico. Il suo scopo principale è ridurre o eliminare la vibrazione a bassa frequenza intrinseca dei motori passo-passo. Il miglioramento della precisione di posizionamento è un vantaggio secondario della tecnologia di microstepping.
Sebbene il microstepping aumenti la risoluzione di ogni impulso di comando, se la precisione di funzionamento effettiva del motore si avvicina a tale risoluzione dipende da diversi fattori, in particolare dalla precisione del controllo di corrente del driver a microstepping. La precisione del driver varia significativamente tra i produttori e livelli di micropasso più elevati sono intrinsecamente più difficili da controllare con precisione.
Microstepping reale vs. livellamento della corrente
Il microstepping reale impone requisiti tecnici e di produzione rigorosi al driver e, di conseguenza, comporta un costo più elevato. Alcuni driver impiegano invece il livellamento della corrente come sostituto del microstepping genuino delle correnti di fase del motore. Questo approccio è talvolta definito pseudo-microstepping.
Le differenze principali includono:
| Caratteristica | Microstepping reale | Livellamento della corrente (pseudo-microstepping) |
|---|---|---|
| Produce micropassi genuini | Sì | No |
| Effetto sulla coppia del motore | Non riduce la coppia nominale; la coppia utile effettiva può migliorare leggermente grazie alla riduzione delle perdite per vibrazione e risonanza | Generalmente causa una riduzione della coppia disponibile del motore |
| Riduzione della vibrazione | Significativa | Limitata |
| Complessità e costo del driver | Più elevati | Più bassi |
Si noti che il microstepping reale non aumenta la coppia di mantenimento nominale del motore. Tuttavia, poiché riduce la vibrazione e le perdite di energia associate, la coppia utile effettiva fornita al carico può migliorare leggermente rispetto al funzionamento a passo intero.