Servomotore und deren Ansteuerung (2) - Versionsgeschichte

NLB am 9. Januar 2016 um 16:46 Uhr

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NLB am 9. Januar 2016 um 16:32 Uhr

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NLB am 8. August 2012 um 09:52 Uhr

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NLB am 7. August 2012 um 19:18 Uhr

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NLB am 7. August 2012 um 15:43 Uhr

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NLB am 7. August 2012 um 15:15 Uhr

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NLB am 7. August 2012 um 15:05 Uhr

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 = Inverse Kinematik =
-Hier wurde die direkte (Weg-lineare) XYZ-Ansteuerung von Servos besprochen.
+Hier wurde die "''Koordinaten-lineare''" XYZ-Ansteuerung von Servos besprochen.
 : Soll das Werkzeug jedoch nicht linear im XYZ Koordinatensystem (CNC-Fräse), sondern von einem Roboterarm geführt werden, so wird dies ein ebenso spannendes Thema:

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	Naturgemäß ist es technologisch naheliegend, die Zählergebnise von Soll- und Ist-Wert direkt im Microprozessor zu berechnen und nicht den Umweg eines per PWM übertragenen Analogwertes einzuschlagen; dieser muß zuvor zur Weiterberechnung digitalisiert werden. Auch diese modernere PUL/DIR Ansteuerung wird als DSP propagiert.		Naturgemäß ist es technologisch naheliegend, die Zählergebnise von Soll- und Ist-Wert direkt im Microprozessor zu berechnen und nicht den Umweg eines per PWM übertragenen Analogwertes einzuschlagen; dieser muß zuvor zur Weiterberechnung digitalisiert werden. Auch diese modernere PUL/DIR Ansteuerung wird als DSP propagiert.
		+
		+
		+	= Servo oder Stepper =
		+	Ein Pendant zu diesem Artikel mit einigem Grundlagen-KnowHow zur "''Stepper- bzw. Schrittmotor Konkurrenz''" unter: [[Stepmotore und deren Ansteuerung]] sowie im Artikel unseres Gastgebers Frank [[Schrittmotoren]].
		+
		+
		+	= Inverse Kinematik =
		+	Hier wurde die direkte (Weg-lineare) XYZ-Ansteuerung von Servos besprochen.
		+	: Soll das Werkzeug jedoch nicht linear im XYZ Koordinatensystem (CNC-Fräse), sondern von einem Roboterarm geführt werden, so wird dies ein ebenso spannendes Thema:
		+
		+	:*[[Inverse Kinematik 1 – Theorie (Tutorial)]]
		+	:*[[Inverse Kinematik 2 – Praxis ]]

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 Einen ersten Schritt in Richtung digital stellt die Pulsweiten-Modulation (PWM) dar, die digital einen quasi-Analogwert erzeugt. Bei konstanter Frequenz bzw. Periodendauer wird das Puls-Pause Verhältnis (ein/aus) variiert. Liegt das Tastverhältnis bei 1:1 so stellt sich an einem Integrator die halbe Eingangsspannung als Ausgangsspannung ein, bei Änderung des Tastverhältnisses erhöht bzw. reduziert sich die Ausgangsspannung des Integrators. Üblicherweise wird für die PWM nicht das Puls-Pause, sondern das Puls-Periode Verhältnis angegeben, das die Höhe des (über einige Perioden) integrierten Ausgangswertes im Verhältnis zum Eingangswert direkt angibt.
-===Pulsweiten-Modulation zur Signalübertragung===
+===PWM - Signalübertragung===
 Mit der PWM ließen sich per OP sogar sinusbewertete Spannungen am Integratorausgang erzeugen - vorausgesetzt die Steuer-Frequenz beträgt ein mehrfaches (min ca. Faktor 10) der zu erzeugenden Nutz-Frequenz.
 Zur Modulation verglich in seiner analogen Blütezeit ein mit Recht so beliebter Operationsverstärker in Komparatorschaltung ein Dreieck- oder Sägezahn Signal (der Steuer-Frequenz) mit dem zu übertragenden Nutzsignal, Ehrensache, auch das Sinus- und Sägezahn-Signal wurde von einem OP erzeugt!
-===Pulsweiten-Modulation zur Leistungssteuerung===
+===PWM - Leistungssteuerung===
 Nochmals: Problematisch blieb in Analog-Zeiten der Leistungsteil mit seinen erheblichen Wärmeverlusten aus den "Längs-Regler Transistoren" (regelbaren Vor-Widerständen) – sie verheizten über riesige Kühlkörper den Teil der Energie, der bewegungsdynamisch nicht benötigt wurde! Es lag nahe, auch hier die PWM zu nutzen.

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−	Ein konventionell 3-phasig bestromter AC Motor durchläuft kontinuierliche Sinusschwingungen mit einem Phasenversatz von 120° je Spule. In Sternschaltung stellt sich beim Betrieb am 380/400V Drehstrom-Netz je Spule eine Spannung von 220/230V ein. Selbst wenn der Sternpunkt nicht an Masse liegt, so beträgt die Spannung am Sternpunkt (Symmetrie vorausgesetzt) gegenüber der Systemmasse/Schutz-Erde "0 Volt" (Null). Die Symmetrie ist in der Praxis nicht 100%-ig gegeben, so daß gemäß VDE der Stern-Mittelpunkt (meist MP genannt) mit "Masse/Erde" verbunden wird, aus der Un-Symmetrie fließen geringe "Ausgleichsströme".	+	Ein konventionell 3-phasig bestromter AC Motor durchläuft kontinuierliche Sinusschwingungen mit einem Phasenversatz von 120° je Spule. In Sternschaltung stellt sich beim Betrieb am 380/400V Drehstrom-Netz je Spule eine Spannung von 220/230V ein. Selbst wenn der Sternpunkt nicht an Masse liegt, so beträgt die Spannung am Sternpunkt (Symmetrie vorausgesetzt) gegenüber der Systemmasse/Schutz-Erde "0 Volt" (Null). <br/>''Die Symmetrie ist in der Praxis nicht 100%-ig gegeben, so daß gemäß VDE der Stern-Mittelpunkt (meist MP genannt) mit "Masse/Erde" verbunden wird, aus der Un-Symmetrie fließen geringe "Ausgleichsströme".''

	{{FarbigerRahmen\|		{{FarbigerRahmen\|

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-=Teil 2=
+=Vorwort Teil 2=
 == Link zu Teil 1==
 '''Der Artikel besteht aus 2 Teilen'''

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 Der wesentliche Unterschied liegt in der Ansteuerung – und die wächst zusammen. Die Drehzahl des BLDC wird über die Spulenspannung gesteuert; wird diese per PWM getaktet, so liegt der Gedanke nahe, nicht Gleichspannungspakete zur 6-Schritt Trapezsteuerung zu verwenden, sondern per PWM eine sinoide Spannung an die Spule zu legen. Unter vergleichbaren Rahmenbedingungen, insbesondere der Erwärmung bietet die sinusbewertete PWM gegenüber einer 6-Schritt Trapezsteuerung ein etwa 4% höheres Drehmoment.
-==Sinoide PWM==
+==Sinoide Pulsweiten-Modulation==
 Die Berechnung einer sinoiden Ansteuerung mittels PWM ist recht komplex, ich möchte die Zusammenhänge hier vereinfacht wiedergeben:

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	Der wesentliche Unterschied liegt in der Ansteuerung – und die wächst zusammen. Die Drehzahl des BLDC wird über die Spulenspannung gesteuert; wird diese per PWM getaktet, so liegt der Gedanke nahe, nicht Gleichspannungspakete zur 6-Schritt Trapezsteuerung zu verwenden, sondern per PWM eine sinoide Spannung an die Spule zu legen. Unter vergleichbaren Rahmenbedingungen, insbesondere der Erwärmung bietet die sinusbewertete PWM gegenüber einer 6-Schritt Trapezsteuerung ein etwa 4% höheres Drehmoment.		Der wesentliche Unterschied liegt in der Ansteuerung – und die wächst zusammen. Die Drehzahl des BLDC wird über die Spulenspannung gesteuert; wird diese per PWM getaktet, so liegt der Gedanke nahe, nicht Gleichspannungspakete zur 6-Schritt Trapezsteuerung zu verwenden, sondern per PWM eine sinoide Spannung an die Spule zu legen. Unter vergleichbaren Rahmenbedingungen, insbesondere der Erwärmung bietet die sinusbewertete PWM gegenüber einer 6-Schritt Trapezsteuerung ein etwa 4% höheres Drehmoment.

		+	==Sinoide PWM==
	Die Berechnung einer sinoiden Ansteuerung mittels PWM ist recht komplex, ich möchte die Zusammenhänge hier vereinfacht wiedergeben:		Die Berechnung einer sinoiden Ansteuerung mittels PWM ist recht komplex, ich möchte die Zusammenhänge hier vereinfacht wiedergeben:

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 Hier ist ein Multi-Achs-Controller zur interpolierenden Bahn-Steuerung von (z.Z.) bis zu 8-Achsen entstanden, ich habe ihn RoBo-mac genannt.
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 '''Der Artikel besteht aus 2 Teilen'''
 weil er sonst zu groß würde (meint ein freundlicher ''Lektor'' im Hintergrund) !!!
-*hier ein Link zu Teil 1 [[Servomotore und deren Ansteuerung (1)]]  <br/>
+*hier ein Link zu Teil 1 [[Servomotore und deren Ansteuerung (1)]]  <br/>Es empfiehlt sich zuvor/begleitend den Teil 1 des Tutorials ''(schwerpunktmäßig Grundlagen)'' durchzuarbeiten.
 Es empfiehlt sich zuvor/begleitend den Teil 1 des Tutorials ''(schwerpunktmäßig Grundlagen)'' durchzuarbeiten.

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 *hier ein Link zu Teil 1 [[Servomotore und deren Ansteuerung (1)]]
-:Es empfiehlt sich zuvor / begleitend den Teil 1 des Tutorials durchzuarbeiten.
+:Es empfiehlt sich zuvor/begleitend den Teil 1 ''(schwerpunktmäßig Grundlagen)'' des Tutorials durchzuarbeiten.
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 Bei der "normalen" Binär-Codierung ändern sich je Zählschritt theoretisch mehrere Bits zeitgleich, Laufzeitfehler können bei der Parallel-Datenübertragung jedoch dazu führen, daß sich eben nicht alle Bits absolut zeitgleich ändern  und Kipp-Zustände so fehlinterpretiert werden. Frank Gray entwickelte Mitte der 1950-iger Jahre einen Code, der mit nur einer einzigen Bit-Änderung auskommt. Der Gray-Code benötigt zwar mehr Bits als der Binär-Code, ist jedoch übertragungstechnisch deutlich sicherer.
-==Increment-Encoder==
+===Increment-Encoder===
 tasten eine Strich-Scheibe im Durchlicht oder Reflexionsverfahren ab und erzeugen ein vom absoluten Drehwinkel unabhängiges Taktsignal. Der klassische Increment-Encoder hat 2 Ausgänge, die ein um 90 Grad versetztes Signal (Sin/Cos) abgeben; nach Triggerung entsteht hieraus ein 2-Bit Rechtecksignal im Gray-Code, daß in einer Zähl-Elektronik ausgewertet werden muß. Wird von diesem Gray-Code die steigende und die fallende Flanke bewertet, so vervierfacht sich die Auflösung der Strich-Scheibe – und die Drehrichtung kann abgeleitet werden!
-==Absolutwert-Encoder==
+===Absolutwert-Encoder===
 geben den aktuellen Drehwinkel (im Gray Code) an, so daß nach Betriebsstörung die Maschinenposition direkt, ohne Referenzfahrt auslesbar ist. Aufgelöst wird eine volle Umdrehung, die Anzahl der Umdrehungen wird über eine Referenzmarke abgetastet und im Controller gespeichert. Herstellung und Auslesen der Absolutwert-Encoder-Scheibe sind aufwendiger als beim Increment-Encoder. Fehler der Datenübertragung addieren sich hingegen nicht, da jede Position für sich erneut ausgelesen wird. Der Winkelwert wird parallel oder per BUS übertragen.