Motores PAP Unipolares. Destruyendo mitos.

[Octavio]

Que planos de fabricación son los que buscas?

[Borsalino]

¡Buenos Días! Este es uno de los hilos, que dan el carácter y nivel a este Foro.Me tomo la libertad de felicitaros a todos.Y me enorgullece la pertenencia al mismo.¡Muchos Reyes!

[kreutz]

Hace años que no contribuyo a este tema pero considero que no seria bueno comenzar un nuevo tema hablando de los mitos sobre Micro-pasos en motores PaP, sobre todo porque lo que voy a exponer esta muy ligado al espíritu de este hilo.

Continuara...

[kreutz]

Cuando se habla de Micro-pasos en un motor paso a paso (de tipo iman permanente híbrido, que son los que mas se emplean en la actualidad) la mayor parte de las personas (incluso muchos ingenieros) se imagina la panacea de obtener una resolución por paso casi infinita con solo reducir el tamaño de los pasos en la controladora que controla su motor paso a paso. De ahí que piensen que teniendo un motor de 200 pasos por revolución, o sea, 1.8 grados por paso, si se trabajara a 4 micro pasos  se obtendrían  1.8/4 grados por micro-paso (4 x 200 = 800 micro-pasos por revolución) y así pudiera obtener hasta 1.8/256 grados por paso (256 x 200 = 52,200 micro-pasos por revolución)......... Que maravilla!! 

Los fabricantes de controladoras, por su parte, contribuyen al mito de que hablamos porque es la forma de atraer incautos a comprar sus productos con el canto de sirena del "aumento de resolución" con el aumento del modo micro-paso, que creen (a veces ciegamente) que pueden obtener.


Solo que la realidad es otra.....no pueden estar mas equivocados!!

El verdadero problema, que no explican al usuario, es que al aumentar el numero de micro-pasos por paso completo disminuye el torque por micropaso. Es decir que teóricamente aumentan la resolución pero pierden precisión!!. El segundo problema es que el circuito magnético entre posiciones de "detent" que corresponden a posiciones de paso completo, es no lineal, por lo que el torque en ese intervalo no es proporcional a la posición angular del rotor.

En la practica ningún motor PaP tiene una curva de torque frente a posición angular de forma sinusoidal debido a la presencia de armónicos superiores que hacen que esa curva se distorsione. Uno de los problemas fundamentales lo introduce el torque de "detent", que es el torque necesario para separar el rotor de su poción de equilibrio cuando las piezas polares se encuentran alineadas con los polos magnéticos del rotor. Ese torque crea un "ripple" sobre la curva de torque vs posición del rotor y ese "ripple" es el causante de vibraciones periódicas, que en algunos casos, contribuyen a las resonancias inherentes al motor y la perdida de pasos.

continuara...

[borondes2010]

 MAESTRO  con tu permiso me siento por aqui..creo que algunos con este tema se van a tirar por el atico sin paracaidas...ja ja buen aporte..seguire muy atento a tus clases..aunque mas que nada por cultura personal y tambien para taparle la boca a algunos que no paran de decir tontadas ..desde que me e pasado al lado oscuro de los servomotores  no quiero saber casi nada de motores paso a paso..

[kreutz]

Ja, Ja.....sobre el "lado obscuro de los servomotores" ........ de eso quizás escriba algo en el futuro, ahí también tenemos algunos mitos que destruir.

Saludos,

[kreutz]

Grafica del torque incremental por modo Micro-paso (en %) donde 100% es el valor del torque en modo Paso Completo
Nota:
Micro-paso por paso completo   Paso Completo
1........................................................1
2 ............................................... Medio-paso
4................................................. 1/4 paso
etc

Para aquellos que quieren profundizar un poco y no temen las matemáticas, la siguiente gráfica fue obtenida a partir de la formula:

Tmp = 100 *Sen (90/N)

donde:
Tmp = torque por micro-paso
N= # de micro-pasos por paso completo
100 = % relativo del torque por paso completo
90= 90 grados eléctricos = Pi/2 radianes
Pi== 3.1416   Constante

[kankarrio]

Entonces es mejor no usar los micro pasos ?

[kreutz]

No, los micro-pasos tienen otra función y no es para aumentar la resolución, sino para reducir vibraciones, resonancias y lograr movimientos mas suaves. En ese sentido son necesarios o no dependiendo de la aplicación.

Hay mas cosas que agregar...

continuara....

[kreutz]

Ahora veremos algo que los dejara sin habla...

El hecho de que enviemos a un motor PaP la orden de avanzar un micro-paso no significa que este se mueva!!!   

Ya vimos que el torque diferencial por micro-paso disminuye con la cantidad de micro-pasos por paso completo que hemos programado en nuestro controlador.
El motor, aun sin carga, tiene que vencer cierto torque sobre su eje para poder rotar, eso incluye el torque para vencer la carga por rozamiento estático en los rodamientos  y el torque de "detent" dependiendo de la posición relativa entre los imanes del rotor y las piezas polares. La suma de estos torques, sumado al torque de la carga del motor, puede ser mayor que el torque diferencial por micro-paso.  En este caso, el motor no se moverá hasta que se no se acumulen suficientes micro-pasos para que el torque incremental sume lo suficiente para vencer la suma de los torques de que hemos hablado, o sea, que es necesario mandar una serie de comandos hasta que el torque acumulado pueda sobrepasar la fricción, detent y el torque de la carga. Entonces comenzara a moverse el eje del motor. El error de posición puede llegar a ser hasta 1 paso completo debido a los efectos anteriores. Si el error llegase a sobrepasar la magnitud de 1 paso completo entonces se considera "Perdida de Pasos" puesto que ya no es recuperable.

El otro caso es cuando existe "backlash" mecánico. En ese caso será necesario una cantidad sorprendente de micro-pasos (10 o mas dependiendo del modo y holguras) extra, para compensar contra las holguras en la carga, cuando cambiamos el sentido de rotación del motor.

El Sr. Mariss Freimanis, fabricante de los controladores Gecko, afirma que no tiene sentido utilizar micro-pasos mas finos que 1/10 micro-step. Y la razón es lo que hemos explicado anteriormente. Esa es la razón por la que la mayoría de sus controladores trabajan solo en ese modo de micro-pasos (1/10)

[kreutz]

Debido a lo explicado en el mensaje anterior, siempre existirá un error de seguimiento (durante la rotación del motor) entre la posición comandada y la posición instantánea, ese error es inherente al principio de funcionamiento del motor y es ta especificado por el fabricante (como un valor en % de un paso completo !!) típicamente un 3 al 5%, o sea, para un motor de 1.8 grados por paso completo el error estar entre  +/- 0.054 grados a +/- 0.09 grados según el motor y no es acumulativo. Es decir, que el motor después de 200 pasos completos llegara exactamente a la misma posición de partida.

[kreutz]

Quiero aclarar que el "Error de Seguimiento" no se presenta solo con los motores PaP, sino que esta presente en los servo-motores también, en estos últimos depende de otros factores incluyendo la calidad de la controlador. Ese error no se puede eliminar pero, con un buen diseño, se puede minimizar a un valor dentro de la tolerancia de maquinado.

En el caso de los motores PaP ese error es periódico y se hace cero (de nuevo) con cada cruce por una posición de "detent", eso no es cierto en caso de los servo-motores y es tema para otro hilo...

[goliat1977]

No se va uno a la cama sin aprender algo nuevo , y , dejo para mañana.

[kreutz]

Como diseñar, usando motores PaP, para obtener una precisión determinada.

Ya hemos visto que el motor PaP solo llega a una posición fija cada paso completo, eso se debe a su propio diseño, es decir que podemos predecir con exactitud la posición del motor si comandamos el movimiento en un numero entero de pasos completos (estamos hablando de numeros enteros, es decir, 1,2,3,4,10, 100, 200,etc, no números fraccionales), Entonces la precisión esta determinada por la cantidad de polos del motor y el paso del husillo. Para lograr una precisión determinada el paso del husillo debe requerir un numero de entero de pasos completos para lograr el valor requerido.

Por ejemplo, para el sistema Standard (también llamado Imperial) husillos con paso 8, 16, 24 y 32 TPI son convenientes para obtener una resolución de 1/64" . Husillos con paso 10, o 20 TPI son convenientes para obtener una resolución de 0.001" (1 mil). En el sistema métrico husillos con paso 0.8,1.0, 2.0 y 2.5 mm son convenientes para lograr una resolución de 0.1 mm y para obtener resoluciones de 0.01mm son convenientes husillos con paso 1.0 y 2.0 mm. Para obtener mayor resolución se pueden usar reductores entre el motor y el husillo.

Ningún paso de un husillo métrico proporcionara una buena precisión Standard, y viceversa (cuando se usan motores paso a paso).

Nota: Estamos hablando de precisión y no de exactitud, hay otros factores involucrados en este ultimo termino.

[elcraked]

Muy buen aporte Kreutz! Das mucha información y bien explicada. Muchas gracias.