Motorkeuze mechatronische stageopdracht

Beste lezers,

Momenteel ben ik bezig met mijn stageopdracht en loop ik vast op de keuze voor mijn motoraansturing.

Ik heb momenteel al een aansturing voor een PM DC motor, maar moet ook nog informatie zien te vinden over het gebruik van een Servo- en stappenmotor.

Zowel de PM DC als de Servo en stappenmotor zouden een volledig systeem moeten vormen (Motor, Encoder, Reductor en controller)

Het geen waar ik op vast loop is de precisie van de motorsystemen. Mijn situatie is namelijk als volgt:

Te leveren koppel: min. 6Nm
Massatraagheid last: 0,05727 kg/m2
Precisie encoder: 0.1° afwijking (12 bits systeem zou voldoen, 4190 PPR)
RPM: min. 3RPM (dit mag uiteraard hoger zijn)

Nu is mijn vraag:
Zou het verstandig zijn om een Servo of Stappenmotor toe te passen i.p.v. een PM DC motor. Aangezien een Servomotor een dure oplossing zou zijn en omdat voor een stappenmotor deze precisie moeilijk te behalen is.

Graag hoor ik hier jullie mening over.

Als de kracht altijd dezelfde kant op is of men een goede 1:100 overbrenging mag gebruiken (spelingsvrij te stellen, b.v. een worm of een harmonic drive oid, niet mijn gebied) dan lijkt het niet zo lastig.
Voor de massatraagheid heb ik geen gevoel, maar met 3 RPM zou ik verwachten dat er alle tijd is voor een net rampje om de krachten klein te houden.
Hoewel er vast mooiere oplossingen zijn zou ik voor zo een klein vermogen niet verder kijken dan standaard stappenmotoren en microstep drive'jes.

GJ_

Moderator

Op 5 maart 2020 06:59:27 schreef Aart: Voor de massatraagheid heb ik geen gevoel,..

Om wat met de massatraagheid te doen moet je ook de massatraagheid van de aandrijving zelf weten. Vroeger was het streven naar een verhouding last/motor van 1:1 maar met moderne aandrijvingen durven we ook wel naar 10:1 te gaan. Als je het echter te dol maakt is het vrijwel onmogelijk om e.e.a onder controle te houden.

Op 4 maart 2020 13:10:09 schreef Harry73: Precisie encoder: 0.1° afwijking (12 bits systeem zou voldoen, 4190 PPR)

Wat is dat voor een rare encoder? Ik neem aan dat je 4096PPR bedoeld. Dat betekend dat een controller de beshikking heeft over 16384 delen per omwenteling. Oftewel 0,02° per deel.

edit: Je spreekt over een 12 bits encoder zie ik nu. Dat betekend een absoluutencoder. Vanwaar die keuze?

Lambiek

Special Member

Op 4 maart 2020 13:10:09 schreef Harry73:
Nu is mijn vraag:
Zou het verstandig zijn om een Servo of Stappenmotor toe te passen i.p.v. een PM DC motor.

Ligt helemaal aan je toepassing, dus nog meer info graag. :)

Aangezien een Servomotor een dure oplossing zou zijn en omdat voor een stappenmotor deze precisie moeilijk te behalen is.

Hoezo moeilijk te halen? Denk aan een vertraging "indien gewenst of mogelijk" en denk aan microstepping.

Hier heb je nog wat leesvoer.

https://www.circuitsonline.net/artikelen/view/48

https://www.circuitsonline.net/artikelen/view/47

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

edit: Je spreekt over een 12 bits encoder zie ik nu. Dat betekend een absoluutencoder. Vanwaar die keuze?

Ja sorry was een kleine type fout. De encoder is gekozen om zijn eigenschap de positie te onthouden ook na in/uitschakeling.

en denk aan microstepping.

standaard stappenmotoren en microstep drive'jes.

Dit is inderdaad iets waar ik nog niet aan gedacht had bedankt voor de tip! Dit zou namelijk ook een oplossing kunnen bieden.

Het probleem waar ik straks echter tegen aan denk te lopen (mijn ervaring is nog niet zo groot), is de samenwerking tussen de motor, encoder, controller/driver en eventuele reductor wanneer deze niet van dezelfde leverancier komen (of maak ik dit probleem groter in mijn hoofd dan dat het werkelijk is?).

Momenteel zou ik voor de PM-DC gaan. Dit omdat ik een leverancier heb gevonden die een geheel motion systeem aanbiedt wat aan mijn eisen zal voldoen.
Echter twijfel ik ook nog om eventueel naar de stappenmotor te kijken aangezien deze genoeg koppel en precisie levert voor ~€100 minder. Maar dan ben ik weer bang voor een complexe programmeer/installeer situatie

Lambiek

Special Member

Op 5 maart 2020 12:54:53 schreef Harry73:
Het probleem waar ik straks echter tegen aan denk te lopen (mijn ervaring is nog niet zo groot), is de samenwerking tussen de motor, encoder, controller/driver en eventuele reductor wanneer deze niet van dezelfde leverancier komen (of maak ik dit probleem groter in mijn hoofd dan dat het werkelijk is?).

Als je een motor met een reductor en encoder koopt heb je dat probleem niet.

Momenteel zou ik voor de PM-DC gaan. Dit omdat ik een leverancier heb gevonden die een geheel motion systeem aanbiedt wat aan mijn eisen zal voldoen.

Wat zijn dan je verdere vragen nog?

Echter twijfel ik ook nog om eventueel naar de stappenmotor te kijken aangezien deze genoeg koppel en precisie levert voor ~€100 minder. Maar dan ben ik weer bang voor een complexe programmeer/installeer situatie

Wat noem je complex, stap en richting voor een stappenmotor. Als je voor zo'n systeem kiest, neem er dan wel een met closed loop. En vergis je bij een servosysteem ook niet in de tuning, dat kan soms best lastig zijn.

Ik had het al eerder gevraagd, waar is het voor? Of is het voor een Dental care achtig iets?

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Ik had het al eerder gevraagd, waar is het voor?

Het gaat om een draaischijf die tot 0.1 graad nauwkeurig gepositioneerd moet kunnen worden.

En vergis je bij een servosysteem ook niet in de tuning,

Beetje een stomme vraag maar toch voor de duidelijkheid. Een closed loop stappenmotor systeem is toch geen servosysteem?

Wat noem je complex

Het PM-DC systeem is in grote lijnen, positie aangeven en wachten tot dat de positie bereikt is. Bij een closed loop stappenmotor systeem weet ik niet precies of dit automatisch ook gedaan wordt bij een missed step (automatische correctie).

GJ_

Moderator

Op 6 maart 2020 07:32:52 schreef Harry73: Een closed loop stappenmotor systeem is toch geen servosysteem?

Eigenlijk is iedere closed loop aandrijving een servosysteem. Maar in de industrie is tegenwoordig 99% van de servo's een AC PM motor met een encoder. Vroeger waren het vaker DC PM motoren met tacho én encoder, maar dat is niet meer van deze tijd. Kleine DC motoren wil je eigenlijk niet meer.

Wat betreft die schijf: een schijf heeft al snel een behoorlijke massatraagheid. Daar heb ik al wat over gezegd. Dat negeren is een prima recept voor een totale mislukking.

Ja, maar het gaat om 3 RPM, 6 Nm (geeft 2W ? ) en 0.05 kg/m2 ? Ik slinger een grote telescoop met als ik het goed inschat drie ordes van grootte meer massatraagheid ook met ongeveer die snelheid en tot op 1 boogminuut rond. Met een Arduino en een flinke stappenmotor, open loop.

Ik heb het gevoel dat het probleem ergens anders zit, daarom wat vragen;

- Is het de bedoeling dat TS zelf iets maakt / samensteld of iets in laat kopen ?
- Een systeem zoals een Absodex volstaat niet ?
- Waar houd de opleiding Mechatronica zich mee bezig ?

Is het de bedoeling dat TS zelf iets maakt / samensteld of iets in laat kopen ?

Het hele systeem zal worden ingekocht. Of dit samengesteld vanuit een leverancier is of dat het zelf een mix en match wordt zal ik zelf moeten bepalen/onderzoeken wat kan. De opdracht zelf is het opleveren van een geautomatiseerd hulpgereedschap. Dus of ik nu een geheel motion systeem inkoop of zelf ontwikkel maakt niet zoveel uit, zolang ik het maar kan beredeneren (wat wel zal moeten lukken).

Een systeem zoals een Absodex volstaat niet ?

Dit is inderdaad een hele goede vraag. Ik zal dit balletje opgooien bij mij stagebegeleider. Dit is namelijk in grote lijnen ook de uiteindelijke functie. zal wel nog moeten vragen aan de leverancier of het niet uitmaakt wanneer deze roterend 90° gekanteld wordt.

Waar houd de opleiding Mechatronica zich mee bezig ?

Mechatronica is eigenlijk een mix van werktuigbouw, elektrotechniek, software programmeren en control engineering. Daarom is het voor mijn stageopdracht ook van belang dat de opdracht raakvlakken heeft met deze onderdelen.

GJ_

Moderator

Op 6 maart 2020 08:08:27 schreef Aart:
Ja, maar het gaat om 3 RPM, 6 Nm (geeft 2W ? ) en 0.05 kg/m2 ?

Als TS een reductor van 1:100 neemt is ie veel geld kwijt om een beetje nauwkeurig te blijven maar is die massatraagheid geen punt. Maar als ie voor een goedkopere 1:10 reductie gaat heeft ie een grote motor nodig als ie wil indexen anders word het één grote oscillerende ellende.

Een massatraagheid last van 0,05kg/m2 komt grofweg neer op een schijf van 60cm met een gewicht van een kilo. Dat houje met een twee watt motortje niet in bedwang.

Met een reductie van 2:1 is de gereflecteerde massatraagheid 0,05/22= 0,0125. Dat is nog flink wat. En zelfs met een reductie van 10:1 hou de nog 0,05/102=0.0001kg/m2 over.
De verhouding waar we naar streven is 1:1....vroeger. Met een moderne regelaar kun je rustig tot 10:1 gaan. Dus de gereflecteerde massatraagheid in verhouding tot de massatraagheid van de motor. Dat betekend dus dat bij een reductie van 10:1 de motor minimaal een eigen massatraagheid moet hebben van 0,00001kg/m2 moet hebben, anders word het een puinzooi.
Juist voor dit soort problemen zijn er nu opleidingen die verschillende disciplines combineren en dus ga ik er van uit dat TS dit ooit verteld is. Wat heb je anders aan een opleiding mechatronica?

Lambiek

Special Member

Op 6 maart 2020 07:32:52 schreef Harry73:
Beetje een stomme vraag maar toch voor de duidelijkheid. Een closed loop stappenmotor systeem is toch geen servosysteem?

Stomme vragen bestaan niet. :)

Dat is zeker wel een servo systeem. De motor heeft ook gewoon een encoder en wordt teruggekoppeld naar de driver. De motor zal dus ten alle tijden naar de opgegeven positie willen gaan.

Bij een closed loop stappenmotor systeem weet ik niet precies of dit automatisch ook gedaan wordt bij een missed step (automatische correctie)

Zie antwoord hierboven.

Maar er speelt nog iets anders mee om een goede keuze te maken.
Hoe groot is die schijf, hoe zwaar is die schijf, wat staat er op die schijf qua artikel en wat weegt dat, hoe snel moet die schijf zijn positie innemen, enz. Dat zijn allemaal dingen om rekening mee te houden.

EDIT:
Waar ga je de driver mee aansturen? Is dat via een industriële PC, of een PLC met een MMI, ga je dat via profibus doen of anders?

En vergeet de beveiliging niet, ook niet geheel onbelangrijk. :)

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Maar er speelt nog iets anders mee om een goede keuze te maken.
Hoe groot is die schijf, hoe zwaar is die schijf, wat staat er op die schijf qua artikel en wat weegt dat, hoe snel moet die schijf zijn positie innemen, enz.

Ik neem aan dat je dit vraagt inverband met de inertial match van het systeem? Want hier wordt al rekening mee gehouden dus in dat opzicht ben ik dan weer wel op de hoogte :D

Waar ga je de driver mee aansturen? Is dat via een industriële PC, of een PLC met een MMI, ga je dat via profibus doen of anders?

Het is de bedoeling dat het systeem wordt aangestuurd d.m.v. een PLC. Elke motor heeft in ieder geval wel zijn eigen driver dus dat zal inprincipe goed moeten komen. Alleen is het nu nog een beetje de vraag, hoe vind ik de goede PLC.

En vergeet de beveiliging niet, ook niet geheel onbelangrijk

Ik heb momenteel 3 motion systemen om uit te kiezen
PM-DC, Closed loop stappenmotor en de Absodex. De stappenmotor wordt electronisch geremt (Holding torque van 8Nm voldoet in mijn geval). De Absodex heeft ook zijn eigen vergrendeling. Het enige wat nog inzeker blijft is de rem voor het PM-DC systeem.
Nu ik er over denk is dit best een goede vraag hoe ga ik het PM-DC systeem stoppen ':)

Lambiek

Special Member

Op 6 maart 2020 13:22:20 schreef Harry73:
Ik neem aan dat je dit vraagt inverband met de inertial match van het systeem? Want hier wordt al rekening mee gehouden dus in dat opzicht ben ik dan weer wel op de hoogte :D

Oké, dat zit wel goed dus. :)

Het is de bedoeling dat het systeem wordt aangestuurd d.m.v. een PLC....
Alleen is het nu nog een beetje de vraag, hoe vind ik de goede PLC.

Ik denk dat je moet zoeken naar een type met snelle uitgangen of een snelle kaart. Al weet ik niet wat voor driver je gaat nemen en hoe snel de signalen moeten zijn.

Nu ik er over denk is dit best een goede vraag hoe ga ik het PM-DC systeem stoppen ':)

Dat is toch een servo systeem, die hoort het gepositioneerde gedeelte in positie te houden.

En met veiligheid bedoel ik ook, het ergens tussenkomen, beknelling, noodstop, enz.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.
GJ_

Moderator

Op 6 maart 2020 13:22:20 schreef Harry73:...inverband met de inertial match van het systeem? Want hier wordt al rekening mee gehouden...

Niet erg hoopvol als je 6Nm bij 3RPM hebt. Ik ben benieuwd naar je motor en je reductor. En in verband met de eis die je aan de encoder stelt ook aan de plaats van die encoder. Bij een closed loop besturing wil je die op de motor hebben.

Die PLC hoeft toch niet special te zijn? Ik begreep dat die DC motor zelf kon indexen, dus die hoeft enkel een startsignaal.

Een rem is niet nodig als je in een closed loop configuratie draait, dat regelt die motor zelf. Bij een servo is het zelfs maar zelden dat je de rem mag gebruiken om af te remmen. Dat doe je drie keer en dan is ie stuk.

Lambiek

Special Member

Op 6 maart 2020 14:44:14 schreef GJ_:
Niet erg hoopvol als je 6Nm bij 3RPM hebt.

Waar haal jij dat vandaan GJ, heb ik dat niet gezien dan? O, startpost. Bij dat toerental moet je het in principe al niet tegen kunnen houden.

Bij een closed loop besturing wil je die op de motor hebben.

Die zit standaard op de motor toch. :)

Ik begreep dat die DC motor zelf kon indexen, dus die hoeft enkel een startsignaal.

Heb ik dat ook gemist.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.
GJ_

Moderator

Die schijf moet op 0,1 graad gepositioneerd worden en daar had TS zijn encoder op berekend. Dat betekend dat de encoder op de schijf zit of dat er geen reductor is.
Hoe dan ook: bij 3RPM en 6Nm heb je maar een heeeeeeeeel klein motortje, vandaar mijn zorg om die verhouding last/motor.