Étape 10 : Commande de moteur
Un moteur pas à pas est un dispositif électromécanique qui convertit les impulsions électriques en mouvements mécaniques discrets. L’arbre ou l’axe d’un moteur pas à pas tourne incréments discrets lorsque les impulsions de commande électrique sont appliquées à elle dans le bon ordre. La rotation des moteurs a plusieurs relations directes à ces impulsions d’entrée appliquées. La séquence des impulsions appliquées est directement liée à la direction de rotation de l’arbre moteur. La vitesse de la rotation de l’arbre moteur est directement liée à la fréquence des impulsions d’entrée et la durée de rotation est directement liée au nombre d’impulsions d’entrée appliqué.
Moteurs pas à pas sont grands moteurs pour contrôle de position. Ils peuvent être trouvés dans les imprimantes, traceurs, imprimantes 3d, machines de fraisage CNC, et tout ce qui requiert d’autre précis du poste contrôle. Steppers sont un segment particulier du moteur brushless. Ils sont construits exprès pour haut-couple. Ce couple haute donne à l’utilisateur la possibilité de « step » progressivement vers la position suivante. Cela se traduit par un système de positionnement simple qui ne nécessite pas un encodeur. Cela rend les contrôleurs de moteurs pas à pas très simple à construire et à utiliser.
L’un des plus importants avantages d’un moteur pas à pas est sa capacité à être contrôlée avec précision dans un système de boucle ouverte. Contrôle de boucle ouverte, qu'aucune information de rétroaction sur la position n’est nécessaire. Ce type de contrôle élimine le besoin de coûteux appareils de détection et de la rétroaction comme encodeurs optiques. Votre position est connue simplement en garder la trace des impulsions d’entrée étape.
Quels sont les moteurs pas à pas bon pour ?
Un moteur pas à pas peut être un bon choix, chaque fois qu’un mouvement contrôlé est nécessaire. Il peuvent être utilisé avantageusement dans des applications où vous avez besoin contrôler l’angle de rotation, position et vitesse de synchronisme.
Positionnement – car Steps se déplacent dans des mesures reproductibles précis, ils excellent dans les applications nécessitant un positionnement précis tels que des imprimantes 3D, CNC, plates-formes de caméra et X, Y de traceurs. Certains disques durs aussi utiliser des moteurs pas à pas pour positionner la tête de lecture/écriture.
Régulateur de vitesse – incréments précis du mouvement permet aussi un contrôle optimal de la vitesse de rotation pour l’automatisation des processus et de la robotique.
Basse vitesse couple - REDUCTEUR Normal n’est pas tout à fait couple à basse vitesse. Un moteur pas à pas a couple maximal à basse vitesse, donc ils sont un bon choix pour les applications nécessitant une faible vitesse avec une grande précision.
Principe de fonctionnement
Moteurs pas à pas comportent exactement comme un moteur brushless, seule la taille de palier est beaucoup plus petite. La seule pièce mobile est le rotor, qui contient des aimants. Où les choses deviennent compliquées est orchestrer la séquence des enroulements énergisants. La polarité de chaque enroulement est contrôlée par la direction du courant. L’animation montre un motif simple qui suivraient les contrôleurs. Courant alternatif change la polarité, donnant à chaque remontage d’un effet de « pousser/tirer ». Une différence notable, c’est comment la structure magnétique d’un stepper est différente. Il est difficile d’obtenir un tableau des aimants se comporte très bien sur une petite échelle. Il est aussi très cher. Pour contourner ce problème, la plupart des moteurs pas à pas utilisent une méthode de plaques empilées pour diriger les pôles magnétiques dans « dents ».
Il existe deux types de moteurs pas à pas : unipolaire et bipolaire moteurs pas à pas. Sur un plan fondamental, ces deux types fonctionnent exactement de la même manière ; les électro-aimants sont activés de façon séquentielle, induisant l’arbre du moteur central à tourner.
La différence entre les deux types est le niveau de tension. Un moteur pas à pas unipolaire ne fonctionne qu’avec une tension positive, donc la haute et basses tensions appliquées à des bobines électromagnétiques serait quelque chose comme 5V et 0V. Un moteur pas à pas bipolaire a deux polarités, positives et négatives, donc sa hautes et basses tensions serait quelque chose comme 2, 5V et - 2, 5V. En tenant ces différences électriques en compte, la différence physique entre ces deux styles est que la configuration unipolaire requiert un fil supplémentaire au milieu de chaque bobine pour permettre actuel puisse couler à travers soit à une extrémité de la bobine ou dans l’autre. Ces deux directions opposées produisent les deux polarités du champ magnétique, imitant efficacement les capacités de tension positive et négative du moteur pas à pas bipolaire. Bien que les deux d'entre eux ont une gamme globale de tension de 5V, le moteur pas à pas bipolaire aura effectivement plus de couple parce que le courant passe l’intégralité de la bobine, produisant un champ magnétique plus fort pour induire l’arbre de tourner à l’angle approprié. En revanche, moteurs pas à pas unipolaire n’utilisent que la moitié de la longueur de la bobine en raison du fil supplémentaire au milieu de la bobine, donc moins de couple est disponible pour magnétiquement maintenir l’arbre en place.
Un moteur bipolaire deux phase a 2 groupes de bobines. Un moteur unipolaire de 4 phases a 4. Un moteur bipolaire 2 phases auront 4 fils - 2 pour chaque phase. Certains moteurs viennent avec câblage flexible qui vous permet d’exécuter le moteur unipolaire ou bipolaire.
Conduire un Stepper
Conduire un moteur pas à pas est un peu plus compliqué qu’un habitué de conduite brossé moteur à courant continu. Moteurs pas à pas nécessitent un contrôleur de moteurs pas à pas alimenter les phases d’une séquence en temps opportun pour faire le tour du moteur.
Il y a plusieurs façons qui peuvent être conduit pleine étape, demi-pas et micropas moteurs pas à pas. Chacun de ces styles de conduite offrent des quantités différentes de couple et pas des tailles utilisables par le moteur pas à pas.
Une promenade pleine étape a toujours deux des électro-aimants « allumés ». Pour faire pivoter l’arbre central, un des électro-aimants obtient éteint et l’électro-aimant suivante est activée, causant l’arbre de tourner 1/4 d’une dent (au moins pour les moteurs pas à pas hybride). Ce style d’avoir toujours deux électroaimants a le couple la plupart de tous les styles, mais la plus grande taille d’étape. Une demi-étape de route alterne entre avoir deux électroaimants et juste un électro-aimant activé. Pour faire pivoter l’axe central, l’électro-aimant première est excité comme la première étape, puis l’autre est aussi excité pendant que l’un est toujours sous tension pour la deuxième étape. La troisième étape désactive électro-aimant première et la quatrième étape s’allume l’électro-aimant troisième, bien que l’électro-aimant deuxième est toujours sous tension. Ce modèle, montré dans l’image ci-dessus, utilise deux fois autant d’étapes que le lecteur étape complète, permettant à la moitié de la taille de palier, mais il a aussi moins couple ensemble puisqu’il n’y a pas toujours deux électro-aimants tenant la tige centrale en place. Micropas, a sans surprise, la plus petite taille possible étape hors de ces styles. Une des façons plus courantes de micropas peform est de faire « sinus cosinus micropas ». Cela signifie que le courant qui circule dans chaque bobine est manipulé, tels qu’une vague de sinus/cosinus est créée. Le « chevauchement » des vagues entre deux bobines de résultats dans un grand nombre de sous-étapes. Le nombre réel de sous-étapes dépend de combien de changements distincts en courant, vous pouvez fournir à des bobines, mais micropas auront toujours les plus petites tailles de l’étape et donc le mouvement plus précis, de tous les styles. Le couple associé à ce style dépend de combien de courant ne circule dans les bobines à un moment donné, mais sera toujours moins que le disque plein pas.
Le type le plus simple du pilote peut être construit avec une poignée de transistors. Ceux-ci sont simplement allumés et éteint en séquence pour dynamiser les phases et le moteur de l’étape. Les pilotes unipolaires sont relativement peu coûteux à construire, mais fonctionnent uniquement avec des moteurs unipolaires. Il y a un excellent tutoriel sur comment construire une sur le site d’Arduino.
Conduire un moteur bipolaire nécessite 2 H-ponts complets donc il peut inverser le courant aux phases. H-ponts peuvent être difficiles à construire à partir de zéro. Mais il y a beaucoup de jetons de pont en H permettant de simplifier la tâche. Les L293D est une des puces plus populaires et économiques. Ceux-ci se trouvent au cœur de boucliers moteurs plus de première génération.
Extrait de code suivant peut être utilisé pour contrôler le moteur pas à pas, à l’aide de la carte arduino.
Applications :
- Imprimantes 3D
- Machines à commande numérique
- Plates-formes de caméra robotique
- Imprimantes
- Motoréducteurs Precision
Avantages :
- Positionnement de précision répétable
- Contrôle de vitesse précis
- Excellent couple de basse vitesse
- Excellent "tenir le couple" pour maintenir la position
Limites :
- Faible efficacité
- Peut besoin codeur ou limite de passer pour établir une position de référence
- Sous réserve de raté les étapes si surchargé
Plus de détails sur le moteur pas à pas :
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