30 stopni obrotu w 20 milisekund - jaki silnik?

[wezen53]

Cześć Wam. Potrzebuje silnika w którym dzięki sterowaniu arduino uno silnik wykonywałby ruch obrotowy 30 stopni w 20 milisekund.

Plan działania.
-obrót 30 stopni w 20 ms
-czeka 63 ms
i tak w pętli

Na pełen obrót wału 360 stopni składałoby się 12 ruchów obrotowych po 30 stopni. Czas obrotu wału wynosiłby 12 * (20+63)= 996 ms.

Silnik miałby bardzo małe obciążenie , około 5 g.

Moją uwagę zwraca silnik 400 krokowy.
https://botland.com.pl/pl/silniki-krokowe/2113-silnik-krokowy-42byghm809-400-krokowobr-3v-17a-048nm.html
400 / 12 = 33,3 ~ 33 kroków by musiało zrobić żeby osiągnąć te 30 stopni.
Myślałem także nad silnikiem dc z enkoderami, ale nie wiem czy to dobry pomysł.

Który silnik z jakim sterownikiem dałby mi te 30 stopni w 20 milisekund? Pyta początkujący w tym fachu.

Edytowano Sierpień 21, 2019 przez wezen53

[Gieneq]

Nie wiem czy ten silnik nie jest za duży (o dużej inercji).

Dnia 19.08.2019 o 17:38, wezen53 napisał:

30 stopni w 20 milisekund.

Stąd wychodzi że potrzebujesz silnik o prędkości obrotowej minimum (60*1000)/(20*360/30) = 250 rpm.

Ale jak patrzysz na silnik i widzisz, że ma ileś set/tysięcy rpm to jest w w stanie ustalonym bez obciążenia, a ciebie bardziej interesuje tzw. odpowiedź skokowa silnika - jak szybko się rozpędza i hamuje. Najlepiej tu wziąć silnik, podpiąć do oscyloskopu i włączać/wyłączać.

Tak teraz biorąc dane znikąd to są serwomechanizmy które osiągają 0.05s/60* czyli 25ms, czyli da się to zrealizować. Sam serwomechanizm nie jest chyba dobrym pomysłem bo długość impulsu sterującego to 20ms. Niemniej istnieją takie silniki, ale konkretnie to ciężko polecić.

[wezen53]

Testowałem kilka serw i dającym najlepszy rezultat okazało się małe serwo Feetech FS90R - micro - praca ciągła 360 stopni bo o taki ruch mi chodzi - w kółko. Posiada ono prędkość 0,07 s/60° dla 6V. Powinno dać 0,035 ms na 30 stopni. Wyliczyłem ile powinien trwać ruch dla 30 stopni. Dodałem wyliczone opóźnienie - czas trwania ruchu w kodzie programu dla arduino. W testach ruch ten nie był dokładny - nie zawsze było to 30 stopni. Do ramienia serwa był przyklejony kawałek kartki, 30 stopni serwo robiło w 50 ms

Ostatnio rozglądałem się za silnikiem krokowym, rozkminiałem co i jak. Oprócz silnika wspomnianego w moim poprzednim poście znalazłem jeszcze takie:
- silnik z niską indukcyjnością uzwojenia 1,7 mH ale też małym poborem prądu 0,6A - silnik Nema 8. Dowiedziałem się że niska indukcyjność daje lepszą dynamikę silnika czyli w moim rozumieniu szybszy start i zatrzymanie. Moment 0,18 kg*cm (0,017 Nm)
- silnik Nema 17 który pobiera dużo prądu 2,5 A. Indukcyjność uzwojenia wynosi 1,8 mH. Moment 4,8 kg*cm (0,47 Nm)

Potrzebuje szybkiego krótkiego ruchu obrotowego silnika krokowego. Co w tym przypadku jest ważniejsze? wartość indukcyjności czy pobór prądu, a może jeszcze coś innego.

[wn2001]

Cześć @wezen53 , postawiłeś sobie bardzo trudne zadanie, możesz powiedzieć co chciałbyś zrobić? Bo może problem nie leży w silniku tylko w Twojej aplikacji. Tak, jak napisał @Gieneq, Twój napęd musiałby mieć prędkość obrotową 250rpm, czyli jakieś 4 obr/s, a to przy założeniu natychmiastowego startu i hamowania. Serwomechanizmy modelarskie raczej odpadają, okres sygnału sterującego równy wspomnianym 20ms dyskwalifikuje je względem Twoich wymagań. Jeśli chodzi o Twoje pytanie - zgadza się, im mniejsza indukcyjność i opór uzwojeń, tym więcej prądu pobierają cewki (więc są to cechy występujące wspólnie) i tym bardziej silnik nadaje się do krótkich, dynamicznych ruchów, ale nadal nie są to te, o które Ci chodzi - podam przykład, nie wiem jak u Ciebie z elektrotechniką, ale:

http://if.pw.edu.pl/~wosinska/am2/w12/segment3/main.htm

I korzystamy z ostatniego wzoru. Biorąc drugi silnik (pierwszy ma mniejszy moment i dużą oporność omową, więc odpada bez obliczeń) - zakładam też idealną wydajność sterownika, brak zwłok czasowych itd., to

Silnik ten oporność cewki 1,25 Ohma, indukcyjność 1,8mH, a pobór prądu - 2,5A, zatem prąd połowy nominalnego popłynie po 1ms, a nominalny bliski 2,5A popłynie dopiero po 5ms!!!

Przy sterowaniu pełnokrokowym 30 stopni to 200kroków / 6 = 33 kroki, zatem takich przełączeń cewka jedna - cewka druga musiałoby być w ciągu 33. Soft- startu i stopu nie wprowadzisz, bo nie ma na nie miejsca. Wniosek - silnik być może ruszy, ruch ciężko będzie nazwać stabilnym, będzie pracować na granicy momentu, gdzie masa samego wału potrafi pokonać drastycznie malejący moment - spójrz na charakterystyki - im większa prędkość silnika krokowego, tym moment mniejszy i to nieliniowo. Ogólnie (w mojej opinii, bo teoria to jedno, praktyka drugie - nie sprawdzi się)

Pomyśl może nad serwomotorami przemysłowymi (ale nie silnikami krokowymi z zintegrowanym sterowaniem, bo wyglądają łudząco podobnie!), takimi jak ten (oczywiście nie ten konkretny, bo to trzeba by nieco obliczeń - są one sterowanie również przez sygnał (najczęściej) STEP/DIR, a przeznaczone są do znacznie wyższych prędkości 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[wezen53]

@Gieneq, @wn2001dziękuje za odpowiedzi. Domyślałem się że pełna moc od początku kroku to by było za kolorowo. Takie osiągi silnika są mi potrzebne to przeprowadzania animacji poklatkowej. Miałem zamiar do wału przyczepić okrągły papierowy krążek z dwunastoma obrazkami np. konia na jego obrzeżach. Każdy obrazek przedstawiałby konia w innej fazie ruchu. Po włączeniu silnika i wprawieniu wału w ruch przerywany - 20 ms(25 do 30 może też nie było by katastrofy) obraca się do 30 stopni później czeka 60 ms  i tak dalej - obrazek sprawiał by wrażenie ruchu(na serwie widziałem efekt ruchu ale był on niedokładny i słabo widoczny - serwo było zbyt wolne).

Gdybym chciał jednak spróbować zbudować układ z silnikiem krokowym to czy ten sterownik do tego silnika byłby w miarę czy nie bardzo by się nadawał.  I co z zasilaniem, pewnie zasilanie z baterii 9V nie sprawdziło by się. Może jakiś zasilacz sieciowy. Jakie napięcie musiałbym dać do sterownika? Ze względu na cenę nie mogę sobie pozwolić na zintegrowane serwonapędy przemysłowe.

[wn2001]

@wezen53 Jeśli chodzi o ten konkretny silnik, to sterownik jest dobrany "na styk" - może lepiej ten lub ten - dobrą praktyką jest "zapas" prądu wyjściowego, bateria 9V niestety się nie nadaje - za mała wydajność prądowa, musisz znaleźć zasilacz DC, im większe napięcie (ale mniejsze od maksymalnego sterownika!) tym lepiej, prąd będzie szybciej narastał i uzyskasz większe prędkości - te dwa mają maksymalne napięcie zasilania około 47/48V (ale uważaj, bo takei napięcie DC to już nie żarty), a na stronie Botlandu, jeżeli chcesz wszystko z jednej przesyłki, najwyższe dostępne napięcie (19V) o wydajności 3,15A (czyli wystarczającej) ma ten 🙂

Edytowano Sierpień 24, 2019 przez wn2001

[ethanak]

A nie prościej zrobić to na drodze mechanicznej - mechanizm maltański z dwunastoma zazębieniami i zwykły silniczek 600 RPM?

A tak zupełnie najprościej to zastosować stroboskop.

[wezen53]

@wn2001 masz ode mnie pione za wyczerpującą odpowiedź, dzięki. Składając i testując taki układ musiałbym pracować z dużym napięciem, a ja nie jestem na razie zbyt doświadczonym elektronikiem, więc musiałbym się zastanowić czy bym się tego podjął. @ethanak rozważałem takie rozwiązanie ale to więcej roboty, taki mechanizm musi być dokładny. Nie znalazłem oferty mechanizmu maltańskiego w sklepach internetowych. Jedynym sposobem na pozyskanie go jest chyba zlecenie wykonania go w jakimś zakładzie obrabiającym metale. Użycie stroboskopu też by poskutkowało, ale ja wolałbym żeby efekt animacji był widoczny bez migania światłem.

Edytowano Sierpień 26, 2019 przez wezen53