Dus hoe zit het met de "dead-time", is dat ingebakken in de driver?
Closed loop stepper dmv glaslineaal?
Moderator: Moderators
Re: Closed loop stepper dmv glaslineaal?
Een Google op de lm1509ma gaf 0 hits.
Dus hoe zit het met de "dead-time", is dat ingebakken in de driver?
Dus hoe zit het met de "dead-time", is dat ingebakken in de driver?
Re: Closed loop stepper dmv glaslineaal?
Niet de LM1509 zoeken maar de LM5109 dan lukt het vast wel.
Re: Closed loop stepper dmv glaslineaal?
Dead-time zit niet in de driver; dat gebeurt in de micro (dead time generator in de PWM units). Staat nu op 300ns, wat uiterst royaal is:
Verschil in propagation delay in de LM5109 is 15ns max.
Gate charge + risetime bij Vds=100V is ca. 95ns worst-case.
Gate discharge + fall time @ Id=8Amp is ca. 135ns worst-case.
Dead-time hoeft dus maar 55ns te wezen voor een worst-case situatie.
Verder:
- Minimale pulsbreedte richting de LM5109 is 125ns, ruim 2x zo lang als minimaal benodigd.
- HS node undershoot is na modifcatie niet lager dan -1,2V worst case, -0,8V nominaal.
- Vdd van de drivers is 11V, ontkoppeling is inmiddels 1,1uF (1uF/25V/X5R + 100nF/50V/X7R)
- Aan de voorwaarde Vdd-Vhs <=15V word dus ruimschoots voldaan.
- Vboot is 10,6V minimaal, Cboot is inmiddels eveneens 1,1uF.
- Aan de voorwaarde Vboot-Vhs <=15V word ook ruimschoots voldaan.
- Bootstrap- en ontkoppel-C's zitten praktisch tegen de pinnen van het IC aan (geen onnodige inductantie)
- De gate charge/discharge paden zijn klein van oppervlak, de sporen kort van lengte (de reden om 4x een half-bridge driver te gebruiken in plaats van bijvoorbeeld 2x een fullbridge driver)
- Rgate van 10 ohm brengt de Q-factor van de resonante kring Ls+parasitair // Ciss+parasitair royaal beneden de 1/SQRT(2).
Volgens mij heb ik niet veel over het hoofd gezien.
Overigens zijn halfgeleider FET-drivers lastigere componenten dan je zo op het eerst gezicht uit de datasheet zou halen. Als je aan hard switching doet zorgen hoge dI/dt's en dV/dt's voor een hoop ellende waar je met die dingen toch erg voor moet oppassen. Dat ging dus in de eerste instantie bij mij ook fout; het opblazen van die drivers kwam door undershoots op de HS node. Kun je ook amper direct meten; zet een normale scooprobe erop en je verandert de boel al zodanig dat je niet meer kunt vertrouwen op wat je meet.
Bij m'n TIG-lasapparaat die ik van DC naar squarewave-AC omgebouwd heb tbv het lassen van aluminium gebruik ik gewoon een 'ouderwets' transformatortje voor het sturen van de gates (van 1200V/300Amp IGBT's). Werkt eigenlijk veel mooier dan halfgeleider-drivers. Veel sneller, veel hogere stromen (IGBT-gates krijgen 12 Ampere...), gates worden ook negatief gestuurd wat de storingsgevoeligheid aardig verbetert (zeker bij een lasapparaat belangrijk), de top gate kan niet positief worden zolang de bottom gate nog niet door het Miller-plateau heen is, de vermogenstrap is meteen galvanisch gescheiden van de stuurelektronica, en via een truukje met een extra winding en wat intelligentie in de processor kan ik er 100% dutycycle mee doen (handig als je gewoon DC wilt lassen...).
Maarja, in dit geval had ik dan 4 trafo's nodig gehad plus een flinke berg losse componenten, en hier is het knap overkill.
Spul heeft overigens vandaag zo'n beetje de hele middag aangestaan zonder problemen. Een zwaluw maakt nog geen zomer, maar ik heb goeie hoop.
Verschil in propagation delay in de LM5109 is 15ns max.
Gate charge + risetime bij Vds=100V is ca. 95ns worst-case.
Gate discharge + fall time @ Id=8Amp is ca. 135ns worst-case.
Dead-time hoeft dus maar 55ns te wezen voor een worst-case situatie.
Verder:
- Minimale pulsbreedte richting de LM5109 is 125ns, ruim 2x zo lang als minimaal benodigd.
- HS node undershoot is na modifcatie niet lager dan -1,2V worst case, -0,8V nominaal.
- Vdd van de drivers is 11V, ontkoppeling is inmiddels 1,1uF (1uF/25V/X5R + 100nF/50V/X7R)
- Aan de voorwaarde Vdd-Vhs <=15V word dus ruimschoots voldaan.
- Vboot is 10,6V minimaal, Cboot is inmiddels eveneens 1,1uF.
- Aan de voorwaarde Vboot-Vhs <=15V word ook ruimschoots voldaan.
- Bootstrap- en ontkoppel-C's zitten praktisch tegen de pinnen van het IC aan (geen onnodige inductantie)
- De gate charge/discharge paden zijn klein van oppervlak, de sporen kort van lengte (de reden om 4x een half-bridge driver te gebruiken in plaats van bijvoorbeeld 2x een fullbridge driver)
- Rgate van 10 ohm brengt de Q-factor van de resonante kring Ls+parasitair // Ciss+parasitair royaal beneden de 1/SQRT(2).
Volgens mij heb ik niet veel over het hoofd gezien.
Overigens zijn halfgeleider FET-drivers lastigere componenten dan je zo op het eerst gezicht uit de datasheet zou halen. Als je aan hard switching doet zorgen hoge dI/dt's en dV/dt's voor een hoop ellende waar je met die dingen toch erg voor moet oppassen. Dat ging dus in de eerste instantie bij mij ook fout; het opblazen van die drivers kwam door undershoots op de HS node. Kun je ook amper direct meten; zet een normale scooprobe erop en je verandert de boel al zodanig dat je niet meer kunt vertrouwen op wat je meet.
Bij m'n TIG-lasapparaat die ik van DC naar squarewave-AC omgebouwd heb tbv het lassen van aluminium gebruik ik gewoon een 'ouderwets' transformatortje voor het sturen van de gates (van 1200V/300Amp IGBT's). Werkt eigenlijk veel mooier dan halfgeleider-drivers. Veel sneller, veel hogere stromen (IGBT-gates krijgen 12 Ampere...), gates worden ook negatief gestuurd wat de storingsgevoeligheid aardig verbetert (zeker bij een lasapparaat belangrijk), de top gate kan niet positief worden zolang de bottom gate nog niet door het Miller-plateau heen is, de vermogenstrap is meteen galvanisch gescheiden van de stuurelektronica, en via een truukje met een extra winding en wat intelligentie in de processor kan ik er 100% dutycycle mee doen (handig als je gewoon DC wilt lassen...).
Maarja, in dit geval had ik dan 4 trafo's nodig gehad plus een flinke berg losse componenten, en hier is het knap overkill.
Spul heeft overigens vandaag zo'n beetje de hele middag aangestaan zonder problemen. Een zwaluw maakt nog geen zomer, maar ik heb goeie hoop.
De belangrijkste wet in de wetenschap: 'hoe minder efficient en hoe meer herrie, hoe leuker het is'
Re: Closed loop stepper dmv glaslineaal?
Even een kleine update.
Inmiddels draaien de stepperdrivers alweer een tijdje foutloos. Zij het wel met de 'geavanceerde' features zoals dynamische stapinterpolatie en stroomaanpassing nog uitgeschakeld (het draait nu op vast 8 microsteps, vast 4 Ampere piekstroom, vast 90-graden faseverschil tussen spoel A en B). Die extra toeters en bellen zal ik binnenkort weer eens inschakelen.
Ik heb er gisteravond nog anderhalf bijgebouwd (eentje volledig, de ander enkel de componenten die ik nog had, zo'n 90% bestukkingsgraad), en vanavond de Z-as eens aangesloten. Nou, die doet het dus ook. Mie heppie! Nouja, wel meteen een 2mm freesje gebroken door de Z in ijlgang in MDF te rammen
Ben ik nou 100% tevreden? Nee, niet 100%. Die DamenCNC 4Nm steppers die ik gebruik zijn niet de meest optimale steppers voor 'normale' drives. Wil je die dingen op hun maximale kunnen gebruiken, dan moet je onderhand naar 150V voedingsspanning toe (dus royaal het dubbele van wat ik nu gebruik), en dat kan ik dus niet met de huidige bestukking (met 100V componenten). Nu is dat opzich ook maar theoretisch; het heeft weinig zin om nog meer mechanisch vermogen in de schroeven van de machine te stoppen. Het spul doet nu 2,5 meter/min ijlgang op de X/Y assen en 1,8 meter/min ijlgang op de Z-as en is binnen enkele millimeters op topsnelheid. Veel meer hoef ik eigenlijk ook niet te verwachten van de standaard gemonteerde trapeziumschroeven en lagering.
Deze hele exercitie heeft me natuurlijk wel weer op ideeen gebracht voor een versie 2 in de hele verre toekomst. Rechtstreeks vanaf de gelijkgerichte en powerfactorgecorrigeerde netspanning draaien, dus een Volt of 400. Aanstuuralgorithme in een FPGA ipv een microprocessor, want de snelheid van de control loop moet dan zeer stevig omhoog. Geen stroomgestuurde basis, maar een mix tussen spanning en stroom regelen; anders worden de ijzerverliezen te gortig en compensatie van midbandresonanties te lastig.
En dan ook meteen maar de optie om in ieder geval een encoder op de as te plaatsen. 4 aansturingen op 1 print onder besturing van 1 'processor', en met de informatie uit die encoders kun je gewoon maximaal accelereren en lopen want hij weet wanneer de andere 3 assen iets tegengehouden moeten worden als de ene nog niet op positie is. Er is dan geen of veel kleinere veiligheidsmarge nodig in de software.
Hmm, mjammie, dan kun je stappenmotoren tot op knap hoge toerentallen hun nominale koppel laten leveren, geen losse voeding meer nodig, en je kunt zo hard lopen als je mechanica aankan of je stappenmotor mechanisch vermogen wil genereren (da's ook niet oneindig)
't word alleen een relatief duur geintje (Beter, sneller, nauwkeuriger en goedkoper: welk woord past niet in dit rijtje?). En ik heb het voorlopig niet nodig, dus versie 2 kan nog wel even duren.
Terug naar waar het mee begon: de lineaal.
Inmiddels voor een vriend een projectje gedaan met zo'n HBM lineaal. Er moest een hydraulische pers exact naar een eindpunt gestuurd worden om herhaaldelijk hetzelfde product te kunnen persen. Nu, die HBM-lineaaldingen werken opzich prima, zeker als je kijkt wat ze kosten. Alleen de snelheid en resolutie zijn een probleem. Resolutie is een krappe 0,01mm en ik vraag me sterk af of je die ook kunt herhalen (niet getest; de vervorming van een pers is veel en veel groter dan dat). Maar ik denk het niet. Verder kun je er maar zo'n 150x per seconde een waarde uit trekken, wat voor een controlelus ook behoorlijk krap is.
Je freesbankje compenseren zal dus echt met een glaslineaal moeten, en dan heeft het geld dat 3x glaslineaal kost in goed mechanisch materiaal stoppen meer zin.
Inmiddels draaien de stepperdrivers alweer een tijdje foutloos. Zij het wel met de 'geavanceerde' features zoals dynamische stapinterpolatie en stroomaanpassing nog uitgeschakeld (het draait nu op vast 8 microsteps, vast 4 Ampere piekstroom, vast 90-graden faseverschil tussen spoel A en B). Die extra toeters en bellen zal ik binnenkort weer eens inschakelen.
Ik heb er gisteravond nog anderhalf bijgebouwd (eentje volledig, de ander enkel de componenten die ik nog had, zo'n 90% bestukkingsgraad), en vanavond de Z-as eens aangesloten. Nou, die doet het dus ook. Mie heppie! Nouja, wel meteen een 2mm freesje gebroken door de Z in ijlgang in MDF te rammen
Ben ik nou 100% tevreden? Nee, niet 100%. Die DamenCNC 4Nm steppers die ik gebruik zijn niet de meest optimale steppers voor 'normale' drives. Wil je die dingen op hun maximale kunnen gebruiken, dan moet je onderhand naar 150V voedingsspanning toe (dus royaal het dubbele van wat ik nu gebruik), en dat kan ik dus niet met de huidige bestukking (met 100V componenten). Nu is dat opzich ook maar theoretisch; het heeft weinig zin om nog meer mechanisch vermogen in de schroeven van de machine te stoppen. Het spul doet nu 2,5 meter/min ijlgang op de X/Y assen en 1,8 meter/min ijlgang op de Z-as en is binnen enkele millimeters op topsnelheid. Veel meer hoef ik eigenlijk ook niet te verwachten van de standaard gemonteerde trapeziumschroeven en lagering.
Deze hele exercitie heeft me natuurlijk wel weer op ideeen gebracht voor een versie 2 in de hele verre toekomst. Rechtstreeks vanaf de gelijkgerichte en powerfactorgecorrigeerde netspanning draaien, dus een Volt of 400. Aanstuuralgorithme in een FPGA ipv een microprocessor, want de snelheid van de control loop moet dan zeer stevig omhoog. Geen stroomgestuurde basis, maar een mix tussen spanning en stroom regelen; anders worden de ijzerverliezen te gortig en compensatie van midbandresonanties te lastig.
En dan ook meteen maar de optie om in ieder geval een encoder op de as te plaatsen. 4 aansturingen op 1 print onder besturing van 1 'processor', en met de informatie uit die encoders kun je gewoon maximaal accelereren en lopen want hij weet wanneer de andere 3 assen iets tegengehouden moeten worden als de ene nog niet op positie is. Er is dan geen of veel kleinere veiligheidsmarge nodig in de software.
Hmm, mjammie, dan kun je stappenmotoren tot op knap hoge toerentallen hun nominale koppel laten leveren, geen losse voeding meer nodig, en je kunt zo hard lopen als je mechanica aankan of je stappenmotor mechanisch vermogen wil genereren (da's ook niet oneindig)
't word alleen een relatief duur geintje (Beter, sneller, nauwkeuriger en goedkoper: welk woord past niet in dit rijtje?). En ik heb het voorlopig niet nodig, dus versie 2 kan nog wel even duren.
Terug naar waar het mee begon: de lineaal.
Inmiddels voor een vriend een projectje gedaan met zo'n HBM lineaal. Er moest een hydraulische pers exact naar een eindpunt gestuurd worden om herhaaldelijk hetzelfde product te kunnen persen. Nu, die HBM-lineaaldingen werken opzich prima, zeker als je kijkt wat ze kosten. Alleen de snelheid en resolutie zijn een probleem. Resolutie is een krappe 0,01mm en ik vraag me sterk af of je die ook kunt herhalen (niet getest; de vervorming van een pers is veel en veel groter dan dat). Maar ik denk het niet. Verder kun je er maar zo'n 150x per seconde een waarde uit trekken, wat voor een controlelus ook behoorlijk krap is.
Je freesbankje compenseren zal dus echt met een glaslineaal moeten, en dan heeft het geld dat 3x glaslineaal kost in goed mechanisch materiaal stoppen meer zin.
De belangrijkste wet in de wetenschap: 'hoe minder efficient en hoe meer herrie, hoe leuker het is'
Re: Closed loop stepper dmv glaslineaal?
heel veel mooie ideeen ,maar zou je met jouw kennis niet beter overschakelen op AC servo's ,die lijken mij in vele opzichten beter dan stappenmotors.Het afhaken van een stappenmotor kan je m.i. niet voorkomen met een encoder.
Re: Closed loop stepper dmv glaslineaal?
Mjah, voor het gemiddelde formaat dat 'wij hobbyisten' hanteren vind ik van niet. Stappenmotoren zijn relatief goedkoop en bij uitstek geschikt voor toerentallen tot ca. 2000rpm en hogere koppels op de as, waarmee ze dus ook zonder transmissie een vrij goede match vormen met de spil die ze aandrijven. Servo's, en zeker brushless/AC varianten, vinden veel hogere toerentallen pas lekker. Heb je weer een transmissie nodig, duurdere en zwaardere motor, etc.
Nu kan een stappenmotor niet continu zijn maximale koppel leveren bij, zeg, 2000rpm, want dan word-ie te warm (ijzerverliezen rijzen de pan uit). Maar tijdelijk volle bak gedurende een G0 waarbij de spanning over de motor oploopt tot 250V ofzo, mwoah, waarom niet? Thermische massa genoeg om de warmtepiek op te vangen. Als je aan het snijden bent liggen de toerentallen toch een stuk lager en is de warmteproductie weer normaal, probleem opgelost. En 2000rpm met een spoed van 5mm op de spil is nog steeds een zeer respectabele 10 meter per minuut lineaire verplaatsing.
Voordeel van die encoder is dat je in principe geen stappen meer verliest, dat je maximaal kunt accelereren (stap N kan ingezet worden als stap N-1 compleet is), en dat je de stromen wat intelligenter kunt sturen.
't zou helemaal mooi worden als je een signaaltje terug kunt geven aan de CNC besturing dat zegt 'ik ben klaar om de volgende stap te ontvangen'. Dan kan die besturing ingesteld worden op bijvoorbeeld 30 meter per minuut ijlgang (LinuxCNC doet 60kHz steprate op z'n sloffen met een Atom D525 processorbordje van 75 euro) en 10G acceleratie. Als de mechanica het dan niet bij kan houden dan word de boel even 'gepauzeerd' en zo regelt het spul zich naar maximaal haalbare snelheid. Met LinuxCNC ben ik er redelijk zeker van dat dit soort 'flow control' geintjes kunnen.
Ik ga het toch eens in de week leggen in de bovenkamer. De kostprijs van de elektronica exclusief encoders en motoren zal al gauw richting de 300-400 euro lopen, maar als je daar besturing voor 4 assen voor terugkrijgt is het hooguit veel geld, maar niet heel duur. Niet dat ik het nodig heb, maar leuk is het wel. En daar doen we het tenslotte allemaal voor.
Overigens is een stappenmotor met encoder-terugkoppeling een AC servosysteem. Zeker als je over zou schakelen naar 3-fasen steppers. De motor heeft alleen heel wat meer polen dan de gemiddelde AC-inductiemotor of brushless DC motor.
Nu kan een stappenmotor niet continu zijn maximale koppel leveren bij, zeg, 2000rpm, want dan word-ie te warm (ijzerverliezen rijzen de pan uit). Maar tijdelijk volle bak gedurende een G0 waarbij de spanning over de motor oploopt tot 250V ofzo, mwoah, waarom niet? Thermische massa genoeg om de warmtepiek op te vangen. Als je aan het snijden bent liggen de toerentallen toch een stuk lager en is de warmteproductie weer normaal, probleem opgelost. En 2000rpm met een spoed van 5mm op de spil is nog steeds een zeer respectabele 10 meter per minuut lineaire verplaatsing.
Voordeel van die encoder is dat je in principe geen stappen meer verliest, dat je maximaal kunt accelereren (stap N kan ingezet worden als stap N-1 compleet is), en dat je de stromen wat intelligenter kunt sturen.
't zou helemaal mooi worden als je een signaaltje terug kunt geven aan de CNC besturing dat zegt 'ik ben klaar om de volgende stap te ontvangen'. Dan kan die besturing ingesteld worden op bijvoorbeeld 30 meter per minuut ijlgang (LinuxCNC doet 60kHz steprate op z'n sloffen met een Atom D525 processorbordje van 75 euro) en 10G acceleratie. Als de mechanica het dan niet bij kan houden dan word de boel even 'gepauzeerd' en zo regelt het spul zich naar maximaal haalbare snelheid. Met LinuxCNC ben ik er redelijk zeker van dat dit soort 'flow control' geintjes kunnen.
Ik ga het toch eens in de week leggen in de bovenkamer. De kostprijs van de elektronica exclusief encoders en motoren zal al gauw richting de 300-400 euro lopen, maar als je daar besturing voor 4 assen voor terugkrijgt is het hooguit veel geld, maar niet heel duur. Niet dat ik het nodig heb, maar leuk is het wel. En daar doen we het tenslotte allemaal voor.
Overigens is een stappenmotor met encoder-terugkoppeling een AC servosysteem. Zeker als je over zou schakelen naar 3-fasen steppers. De motor heeft alleen heel wat meer polen dan de gemiddelde AC-inductiemotor of brushless DC motor.
Laatst gewijzigd door DaBit op 18 jan 2013 10:34, 1 keer totaal gewijzigd.
De belangrijkste wet in de wetenschap: 'hoe minder efficient en hoe meer herrie, hoe leuker het is'
Re: Closed loop stepper dmv glaslineaal?
het is wel een beetje een probleem want als je op het punt staat dat er stappenverlies optreedt ,moet je dit kunnen terugmelden aan mach of usbcnc dat de pulsen wat trager moeten komen,anders kan je alleen maar vaststellen dat na een verplaatsing er stappen verloren zijn.Je zou eigenlijk een buzy signaal naar mach/usbcnc moeten hebben.
Re: Closed loop stepper dmv glaslineaal?
Zie de wijziging. Great Minds Think Alike 
De belangrijkste wet in de wetenschap: 'hoe minder efficient en hoe meer herrie, hoe leuker het is'
