마이크로스테핑은 실제로 얼마나 정확합니까?

스테퍼 모터는 전체 회전을 수백 개의 개별 단계로 나누어 자동차, 로봇, 3D 프린터 또는 CNC 기계 등의 움직임을 정밀하게 제어하는 ​​데 이상적입니다. DIY 프로젝트, 3D 프린터 및 소형 CNC 기계에서 접하게 될 대부분의 스테퍼 모터는 회전당 200단계 또는 고해상도 변형의 경우 400단계의 양극성, 2상 하이브리드 스테퍼 모터입니다. 결과적으로 스텝 각도는 1.8°, 각각 0.9°가 됩니다.

어떤 면에서 걸음 수는 동작의 픽셀이며 종종 주어진 물리적 해상도로는 충분하지 않습니다. 풀 스텝 모드(웨이브 드라이브)에서 스테퍼 모터 코일을 하드 스위칭하면 모터가 한 스텝 위치에서 다음 스텝 위치로 점프하여 오버슈트, 토크 리플 및 진동이 발생합니다. 또한 보다 정확한 위치 지정을 위해 스테퍼 모터의 해상도를 높이고 싶습니다. 최신 스테퍼 모터 드라이버는 스테퍼 모터의 모든 단일 풀스텝에 임의의 수의 마이크로스텝을 압축하는 구동 기술인 마이크로스테핑 기능을 갖추고 있습니다. 이는 진동을 눈에 띄게 줄이고 스테퍼 모터의 해상도와 정확도를 향상시킵니다.

한편, 마이크로스텝은 부하가 걸린 상태에서도 스테퍼 모터가 물리적으로 실행할 수 있는 단계입니다. 반면에 일반적으로 스테퍼 모터의 위치 지정 정확도에 추가되지 않습니다. 마이크로스테핑은 혼란을 야기할 수밖에 없습니다. 이 기사에서는 이 문제를 조금 더 명확하게 설명하고(매우 드라이버에 따라 달라지는 문제이므로) 일반적으로 사용되는 A4988, DRV8825 및 TB6560AHQ 모터 드라이버의 마이크로스테핑 기능도 비교해 보겠습니다.

하이브리드 스테퍼 모터에서 마이크로스테핑 지원 모터 드라이버는 고정자 코일의 전류를 조정하여 영구 자석 회전자를 두 후속 풀 스텝 사이의 중간 위치에 배치합니다. 그런 다음 풀 스텝은 여러 마이크로스텝으로 나뉘며, 각 마이크로스텝은 두 개의 코일 전류에 의해 달성됩니다.

많은 구형 산업용 모터 드라이버는 4개의 마이크로스텝(쿼터스텝 모드)만을 특징으로 하지만 오늘날에는 풀스텝당 16, 32, 심지어 256개의 마이크로스텝이 일반적으로 발견됩니다. 이전에는 회전당 200단계의 스테퍼 모터가 있었다면 이제는 회전당 51,200단계의 기적을 경험하게 되었습니다. 이론에 의하면.

실제로 우리는 여전히 개방 루프 드라이버를 다루고 있는데, 이는 모터 드라이버가 모터 샤프트의 정확한 각도 위치를 알지 못하며 편차를 수정하지 않는다는 의미입니다. 마찰, 모터 자체의 멈춤쇠 토크 그리고 가장 놀랍게도 로터에 작용하는 외부 하중은 운전자가 알아차리지 못할 것입니다. 엔코더와 더 정교한 특수 드라이버를 통해 루프를 닫지 않고 우리가 가정할 수 있는 최선의 방법은 모터가 목표 위치 근처 ± 2 풀 스텝(그렇습니다, 그 정도 나쁨)에 있을 것이라는 것입니다. 이는 로터 이전의 최대 편향입니다. 잘못된 풀 스텝 위치로 스냅되어 스텝 손실이 발생합니다.

무자비한 삼각법에 의해 제어되는 하나의 마이크로 단계에서 다른 단계로의 증분 토크는 모터의 동적 토크의 극히 일부에 불과합니다. 모터 샤프트가 실제로 +/- 1 마이크로스텝 내에서 설정되도록 하려면 이에 따라 부하도 줄여야 합니다. 이 작은 증분 토크를 초과하면 스텝 손실이 발생하지 않지만 최대 ± 2 풀 스텝의 동일한 절대 위치 지정 오류가 발생합니다. 아래 표는 파괴적인 관계를 보여줍니다.

출처: 스테퍼 모터 기술 노트: Micromo의 마이크로스테핑 신화와 현실

좋은 소식은 충분히 강력한 모터 드라이버를 사용하고 외부 부하나 모터 내부 관성을 통해 증분 토크를 초과하지 않는 한 마이크로스텝 위치 정확도를 달성하기 위한 유일한 이론적 한계는 다음과 같다는 것입니다. 모터의 내부 마찰과 디텐트 토크. 이러한 값은 모터 유형에 따라 크게 달라지지만 일반적으로 다소 낮은(거의 무시할 수 있는) 값입니다. 예를 들어, 다음 테스트에 사용된 모터는 200g·cm의 디텐트 토크로 지정됩니다. 이는 4000g·cm 유지 토크의 5%에 불과합니다. 위의 표에 따르면 이 모터는 풀스텝 드라이버당 16 마이크로스텝으로 정확한 위치 지정이 가능해야 합니다.