Note su motori passo-passo

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1 M. Zordan, 21/5/2004 Note su motori passo-passo Comando di velocità: sequenza di impulsi (da microcontrollore). Comando di coppia: ampiezza di corrente (PWM tramite ponte ad H). Stepper motor: a magneti permanenti (unipolari e bipolari) e a riluttanza variabile. Motori a magneti permanenti, bipolari. Magneti permanenti: limitazione dalla BEMF (non nel caso di motori a riluttanza variabile). Allineamento alla fase. Step angle: 90 (nel caso in esempio). Sequenza di comando ( one phase on full step, wave drive): AB / CD / BA / DC. Solo una fase attiva per volta.

2 Allineamento tra le fasi. Step angle: 90 (nel caso in esempio). Sequenza di comando ( two phase on full step): AB,CD / BA,CD / BA,DC / AB,DC. Sempre due fasi attive per volta. Modalità usuale di pilotaggio: massima coppia disponibile. Movimento a metà passo. Step angle: 45 (nel caso in esempio). Sequenza di comando (half step mode): AB / AB,CD / CD / BA,CD / BA / BA,DC / DC / AB,DC. Alternativamente una fase attiva, due fasi attive. Coppia meno regolare. Costruttivamente il motore è formato da parecchie coppie polari (p.e. Stacked Motors). Esempio: angolo di step di 1,8, 200 step al giro (1,8 * 200 = 360 ).

3 Motori a magneti permanenti, unipolari Avvolgimenti bifilari (per imporre il flusso con direzione opposta). Il ponte ad H è sostituito da interruttori unipolari (p.e. 4 darlington). Doppi avvolgimenti (più costosi), minore corrente (coppia) a parità di dimensioni (avvolgimenti più sottili).

4 Motori a riluttanza variabile Rotore a ferro dolce non magnetizzato. Numero di poli minore rispetto allo statore. Funzionamento unipolare. Allineamento alla fase. Sequenza di comando ( one phase on full step, wave drive): A / C / B / D. Solo una fase attiva per volta. Allineamento tra le fasi. Sequenza di comando ( two phase on full step): AC / CB / BD / DA. Sempre due fasi attive per volta. Movimento a metà passo. Step angle: 15 (nel caso in esempio). Sequenza di comando (half step mode): A / AC / C / BC / B / BD / D / DA. Alternativamente una fase attiva, due fasi attive. Generazione dei segnali di controllo Controllo: eight step grey code sequence per la commutazione delle fasi. Il controllo di corrente (di picco) interviene sulle fasi attive per regolare la coppia. Comandi di inhibit : ciascuno interdisce una coppia di fasi (AB e CD) per permettere una rapida diminuzione delle correnti.

5 Half step mode. Two phase on full step mode. Wave drive, one phase on step mode.

6 Comandi di inhibit (abilitazioni): utilizzati nei funzionamenti one phase on full step mode e half step mode. In two phase on full step mode entrambi gli avvolgimenti sono alimentati di continuo e pertanto non vengono usati i segnali di abilitazione. Esempio con un motore bipolare a due fasi. Commutazione da A on a A off. Ricircolo della corrente con e senza interdizione di inhibit. Miglioramento della dissipazione anche nella resistenza di shunt. I comandi di inhibit sono ottenuti come OR delle fasi coinvolte. Controllo di corrente Controllo a PWM. Due alternative: controllo per fasi (ABCD) o controllo per coppie di fasi (AB e CD) tramite gli inhibit. Blocchi utilizzati: comparatore, flip-flop e resistenza di shunt. Il controllo è ad intervalli di clock (oscillatore comune per le varie fasi). All aumentare della corrente, si innesca il comparatore che resetta il flip-flop fino al successivo fronte di clock. La resistenza di shunt va impostata sul valore di picco (a cui fa riferimento Vref).

7 - Controllo di corrente alle singole fasi (ABCD). Esempio con A on, B off e corrente che supera la soglia. Effetti diversi (per la dissipazione in Rs) di B on e di A off. In entrambi i casi la diminuzione di corrente è lenta. Il sistema è non adatto per motori unipolari: si controlla A tramite B. Quindi non va bene per motori a riluttanza variabile ed è inefficiente per un motore bifilare a magneti permanenti. Utile per motori che non hanno un grande effetto induttivo: a parità di corrente di picco la coppia risultante è piccola (la corrente aumenta velocemente negli avvolgimenti).

8 - Controllo di corrente tramite inhibit. La corrente ricircola solo tramite i diodi (diminuzione veloce). Operazione veloce per motori bipolari e unica scelta per motori unipolari.