שיטות להגברת הדיוק במנועי צעד

ידוע היטב בתחום ההנדסה כי לטולרנסים מכניים יש השפעה רבה על הדיוק והדיוק של כל סוג של מכשיר שניתן להעלות על הדעת, ללא קשר לשימוש בו. עובדה זו נכונה גם לגבימנועי צעדלדוגמה, למנוע צעד סטנדרטי יש רמת סובלנות של כ-±5 אחוז שגיאה לכל צעד. אגב, אלו שגיאות שאינן מצטברות. רוב מנועי הצעד נעים 1.8 מעלות לכל צעד, מה שמביא לטווח שגיאה פוטנציאלי של 0.18 מעלות, למרות שאנחנו מדברים על 200 צעדים לכל סיבוב (ראה איור 1).

מנועי צעד דו-פאזיים - סדרת GSSD

צעדים מיניאטוריים לדיוק

עם דיוק סטנדרטי, לא מצטבר, של ±5 אחוזים, הדרך הראשונה וההגיונית ביותר להגביר את הדיוק היא לבצע מיקרו-סטפ (micro stepping) של המנוע. מיקרו-סטפ היא שיטה לשליטה במנועי צעד שמשיגה לא רק רזולוציה גבוהה יותר אלא גם תנועה חלקה יותר במהירויות נמוכות, דבר שיכול להיות יתרון גדול ביישומים מסוימים.

נתחיל עם זווית צעד של 1.8 מעלות. זווית צעד זו משמעותה שככל שהמנוע מאט, כל צעד הופך לחלק גדול יותר מהשלם. במהירויות נמוכות יותר ויותר, גודל הצעד הגדול יחסית גורם לקשירת שיניים במנוע. דרך אחת להקל על ירידה זו בפעולה החלקה במהירויות נמוכות היא להקטין את גודל כל צעד במנוע. כאן מיקרו-צעד הופך לחלופה חשובה.

מיקרו-צעד מושג באמצעות שימוש בבקרת PWM (פולס רוחב מווסת) כדי לשלוט בזרם לסלילי המנוע. מה שקורה הוא שמנהל המנוע מספק שני גלי סינוס מתח לסלילי המנוע, שכל אחד מהם נמצא בזווית של 90 מעלות מחוץ לפאזה עם השני. לכן, בעוד שהזרם עולה בסליל אחד, הוא יורד בסליל השני כדי לייצר העברה הדרגתית של הזרם, מה שמביא לתנועה חלקה יותר וייצור מומנט עקבי יותר מאשר בקרה סטנדרטית של צעד מלא (או אפילו חצי צעד רגיל) (ראה איור 2).

ציר יחידבקר מנוע צעד + דרייבר פועל

כאשר מחליטים על שיפור הדיוק המבוסס על בקרת מיקרו-צעדים, מהנדסים צריכים לשקול כיצד הדבר משפיע על שאר מאפייני המנוע. בעוד שניתן לשפר את החלקות של אספקת המומנט, התנועה במהירות נמוכה והתהודה באמצעות מיקרו-צעדים, מגבלות אופייניות בבקרה ובתכנון המנוע מונעות מהם להגיע למאפיינים הכוללים האידיאליים שלהם. עקב פעולתו של מנוע צעדים, מנועי מיקרו-צעדים יכולים להתקרב רק לגל סינוס אמיתי. משמעות הדבר היא שחלק מהאדוות, התהודה והרעש של המומנט יישארו במערכת למרות שכל אחד מאלה מופחת במידה ניכרת בפעולת מיקרו-צעדים.

דיוק מכני

כוונון מכני נוסף להגברת הדיוק במנוע הצעדים הוא שימוש בעומס אינרציה קטן יותר. אם המנוע מחובר לאינרציה גדולה כשהוא מנסה לעצור, העומס יגרום לסיבוב יתר קל. מכיוון שלעתים קרובות מדובר בטעות קטנה, ניתן להשתמש בבקר המנוע כדי לתקן אותה.

לבסוף, נחזור לבקר. שיטה זו עשויה לדרוש מאמץ הנדסי מסוים. על מנת לשפר את הדיוק, ייתכן שתרצו להשתמש בבקר המותאם במיוחד למנוע שבחרתם להשתמש בו. זוהי שיטה מדויקת מאוד לשילוב. ככל שיכולת הבקר לתפעל את זרם המנוע בצורה מדויקת יותר, כך תוכלו לקבל דיוק רב יותר ממנוע הצעדים בו אתם משתמשים. הסיבה לכך היא שהבקר מווסת בדיוק כמה זרם מקבלים סלילי המנוע כדי ליזום את תנועת הצעדים.

מערכות דיוק בתנועה הן דרישה נפוצה בהתאם ליישום. הבנת האופן שבו מערכת הצעדים פועלת יחד ליצירת דיוק מאפשרת למהנדס לנצל את הטכנולוגיות הזמינות, כולל אלו המשמשות ביצירת הרכיבים המכניים של כל מנוע.