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Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

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[1] Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto UtenteFabio992 » 16 apr 2017, 15:56

Buongiorno a tutti e buona pasqua,

sulla scia della mia tesi di laurea, in cui una parte rigurardava la descrizione di un azionamento passo passo, avendo ultimato gli studi e avendo compreso che l'università non è che una pillola di ciò che si può imparare, vorrei cimentarmi in un progetto alquanto ambizioso: la realizzazione di un azionamento per motore passo passo.

In particolare, vorrei realizzare un controllo vettoriale sensorless, interfaccia ethercat e CAN, ma tutto ciò un grado per volta.

Come punto di partenza vorrei dimensionare i due ponti ad H per l'alimentazione degli avvolgimenti (motore bifase, ibrido). A proposito di ciò, mi domandavo quale potesse essere una tensione "ottimale" per l'alimentazione del ponte. Ho notato che il più delle volte gli azionamenti per stepper vengono realizzati per alimentazione 24-48-60V. Non capisco da cosa derivi tale scelta: è una questione di "reperibilità" di alimentatori commerciali?


Sono pronto ad accettare qualsiasi consiglio, anche su conoscenze che devo migliorare prima di intraprendere questo progetto. Sono qui per imparare e non penso di sicuro di essere già in grado di fare tutto.
Come tempo "totale" per questo progetto (comprese le conoscenze da approfondire) prevedo di dedicare circa 8-10 ore a settimana per tutto il tempo necessario.

Vi ringrazio
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[2] Re: Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto UtenteTardoFreak » 16 apr 2017, 17:38

Oggi esistono driver per stepper che lo pilotano in corrente, suddividono lo step in 32 microstep, funzionano bene e costano poco.
In pratica, con un motore da 200 step per giro si ottiene una risoluzione di 6400 step per giro.
Il migliore che ho trovato è il DRV8825.
Vendono anche i moduli già pronto per l'uso, costano pochissimo e funzionano benissimo.
Quindi direi che il pilotaggio fisico è cosa già fatta.
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[3] Re: Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto UtenteCarloCoriolano » 16 apr 2017, 17:53

A livello industriale la tensione in c.c. di riferimento è 24 V, con ampia tolleranza tra 18 V e 28 V.
Se vuoi fare un tuo drive, ti consiglierei di limitare la comunicazione al CAN, per la facile reperibilità di materiale e componenti.
La rete ethercat la lascierei per ora da parte, parecchio complessa, potresti implementarla in un secondo momento.
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[4] Re: Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto UtenteFabio992 » 16 apr 2017, 18:29

TardoFreak ha scritto:Il migliore che ho trovato è il DRV8825.


Ciao Tardofreak.

La soluzione è interessante perché permette anche di risparmiare molto spazio mi pare (vorrei fare una soluzione più compatta possinile).

Non capisco però se da tale driver sia possibile implementare un controllo closed loop.

A livello industriale la tensione in c.c. di riferimento è 24 V, con ampia tolleranza tra 18 V e 28 V.


Io vedo anche molti azionamenti a 48V, e la cosa non mi sorprende perché si riescono ad ottenere caratteristiche meccaniche migliori... Sei sicuro di quei 18-28V?

Per il discorso dell'ethercat accetto il consiglio, in effetti conosco zero il protocollo
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[5] Re: Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto UtenteTardoFreak » 16 apr 2017, 18:44

Fabio992 ha scritto:
TardoFreak ha scritto:Il migliore che ho trovato è il DRV8825.
...Non capisco però se da tale driver sia possibile implementare un controllo closed loop...

Il driver si comanda con due segnali: DIR (direzione) e STEP (passo) niente di più.
I vari controlli vanno implementati, lui alimenta solo il motore e gestisce gli step. Quindi sta a te dare gli impulsi con la giusta velocità (rampe di accelerazione e decelerazione comprese) che vadano bene per il motore, ed implementare il controllo ad anello chiuso.
E' un driver che è perfetto per pilotare gli stepper NEMA17, quelli che si trovano sulle stampanti 3D per intenderci. Di sicuro non motori più grandi o industriali.
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[6] Re: Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto UtenteCarloCoriolano » 16 apr 2017, 19:09

Sicuramente 24 V è più gradito, ma nulla esclude che si possano usare valori diversi, speciali. Nel tuo caso accademico, non vedo ragioni per uscire dagli standard più comuni.
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[7] Re: Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto UtenteFabio992 » 16 apr 2017, 19:49

Il driver si comanda con due segnali: DIR (direzione) e STEP (passo) niente di più.
I vari controlli vanno implementati

Ok, quindi se ho capito bene il circuito si comporta da doppio ponte H, per il resto posso trattarlo come voglio io.
Pilotare un NEMA 17 come primo progetto mi va bene.

Una curiosità: cosa cambia da un IC del genere ad un ponte realizzato con componenti discreti? Ha senso realizzare un circuito discreto? Parlo anche di applicazioni industriali vere e proprie.

Ah, per il controllo pensavo di usare una MCU della TI... Sono un novizio quindi perdonatemi se dico cavolate. Ho visto che la TI ha dei device che chiama "launchpad", ovvero delle schede con una MCU installata. Io credo che siano delle piattaforme utilizate in fase di sviluppo per (detto brutalmente) non dover stare a saldare e dissaldare l'MCU. E' corretto?

Io pensavo di utilizzare il TM4C123. E' una scelta corretta? La scelta è dovuta dal fatto che ho notato che l'MCU del TM4C123 va a una velocità che mi sembra buona 80MHz, ha interfaccia CAN
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[8] Re: Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto UtenteTardoFreak » 16 apr 2017, 19:56

Ti suggerisco di leggerti il datasheet del DRV8255. Troverai tutte le risposte.
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[9] Re: Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto UtenteFabio992 » 16 apr 2017, 20:24

Ho letto il datasheet e credo di aver capito come funziona. Sostanzialmente ho bisogno di generare un onda quadra di frequenza variabile per controllare il pin STEP del driver. Ad ogni salita dell'onda quadra il driver fa avanzare di un (micro)passo il motore.

Mediante ISENA e ISENB posso, aggiungendoci un resistore, misurare la corrente in uscita dal ponte che mi servirà per chiudere l'anello di corrente;

tuttavia non trovo risposta alle domande di cui sopra.
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[10] Re: Un progetto (forse) ambizioso: azionamento stepper

Messaggioda Foto Utentedimaios » 16 apr 2017, 20:43

Non capisco il carattere innovativo della tesi.
Se la modulazione è quella standard e vengono impiegati circuiti integrati da commercio il tutto risulta il gioco del lego più o meno elegante a seconda delle scelte.

Non sarebbe meglio utilizzare solo il ponte da commercio ed una scheda DSP per modulare in modo completamente innovativo oppure migliorare una tecnica esistente cercando il modo di limitare il rumore o di aumentare la banda complessiva ?

Vorrei capire qual è lo scopo finale della tesi ed il suo contributo innovativo.

Per quanto riguarda l'interfacciamento al bus di campo è evidente che non ha senso produrre nulla ma si deve acquistare un modulo da commercio.
Siccome devi realizzare uno slave fieldbus puoi anche inserire nel progetto una scheda multi-fieldbus come quelle della Hilsher. A seconda del firmware caricato puoi uscire con diversi bus di campo e non ti devi preoccupare del protocollo ma solo dell'applicazione.

Lato microcontrollore o DSP comunichi con una linea SPI.
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