Motorisation pont tournant PECO : moteur pas-à-pas + Arduino

Bonsoir,

Je suis en train de bricoler avec un moteur pas à pas. Je le pilote en mode pas complet, deux phases à la fois. Au lieu de faire du tout ou rien, j'applique sur chaque bobine un sinus (entre 0 et PI) via une PWM (c'est à dire que le rapport cyclique de la PWM est en sinus. Les rapports cycliques des PWM sont donc déphasées de PI/2. Le but est d'avoir un mouvement lent et continu.

Vous avez deviné, c'est pour un pont tournant.

Première chose : avec un sinus de 0 à la valeur maxi de la PWM j'ai une grosse pause qui correspond au moment où une des PWM passe en dessous de 50%. J'arrive à un résultat à peu près correct si je recadre le sinus entre 50% et 100% de rapport cyclique mais il reste quand même une petit pause ce qui se traduit par un faible pompage. Si j'augmente encore la valeur minimum, j'ai un petit toc au moment du franchissement du pas, ce qui n'est pas mieux que la pause. Comme je suis perfectionniste c'est insupportable

Question : quelqu'un a-t-il déjà déjà motorisé un pont tournant avec un moteur pas-à-pas ?
Si oui, comment a-t-il résolu ce problème ?

Bonsoir de mémoire il y a deux type de moteur pas a pas des mono et bipolaire je crois que la version bipolaire tremble moins mais a verifier

Bonsoir lebelge

Je pense qu'il s'agit d'un moteur bipolaire, j'ai 4 fils, 2 par bobine

Voici une vidéo qui montre le problème. Bon je sais c'est pas violent mais ça va se voir et je voudrais une rotation complètement régulière.

Bonsoir
De quelle type de moteur s'agit il , référence ?
Peux tu nous mettre un oscillogramme des signaux de commande stp ?
A+

J'utilise un shield Arduino avec un L298. Le moteur est un TEC de récup modèle CLA45-14602, 8V DC, 200 Pas/tour. Les bobines ont un point central mais je ne l'utilise pas car j'ai le L298 pour inverser la polarité

Sur les entrées IN1, IN2, IN3 et IN4 j'ai la séquence suivante qui est appliquée :

1 0 1 0
1 0 0 1
0 1 0 1
0 1 1 0

On les voit défiler sur les diodes dans la vidéo, IN1 est à gauche, IN4 à droite

IN1 et IN2 correspondent à une des bobines, IN3 et IN4 à l'autre

Ceci fixe les inversions de polarité

Je superpose un sinus à ceci via ENA et ENB (en fait une PWM qui évolue en sinus)

Quand IN1 = 1 et IN2 = 0, je mets sur ENA un sinus sont la PWM commence à 50%, au milieu j'ai 100% et à la fin 50%. Même chose pour la polarité inverse (IN1 = 0 et IN2 = 1), Idem sur IN 3 - IN4 (donc un déphasage de PI/2).

Donc normalement le courant dans chaque bobine suit une courbe en sinus et il y a un déphasage de PI/2 entre les deux bobines

(je sais pas si je suis très clair, je ferai des chronogrammes plus tard dans la soirée)

Merci !

Tu pourrais essayer cette séquence  (sans sinus sur ENA et ENB) en demis pas ça pourrais être plus "souple" en rotation

Merci patpovil

Effectivement, ça fait des 1/2 pas (j'ai fait une vidéo ci-dessous, à comparer avec la seconde où le moteur fait des pas entiers) mais ça ne correspond pas à ce que je veux car la transisition d'un 1/2 pas au suivant est brutale. Ça ne se verrait pas à une grande vitesse de rotation car la mécanique lisserait tout ça mais pour un pont tournant il faut un mouvement très lent.

Mouvement par 1/2 pas :



Mouvement par pas entier :

Bonjour,
As-tu la possibilité de mettre sur l'axe du moteur un "volant d'inertie" (pour absorber mécaniquement les a-coups) ? Cordialement,

Bonjour,

Ça serait une bonne idée si le moteur devait seulement tourner régulièrement.

Mais le problème est que si je mets un volant d'inertie capable d'absorber le couple du moteur je vais avoir du mal à le démarrer et à l'arrêter sans rater des pas. Dans les deux cas, je perdrai le positionnement. Et comme c'est pour motoriser un pont tournant, je n'arriverai pas à l'arrêter en face des rails.

J'ai refait une vidéo plus proche du N. La planchette fait la dimension du pont PECO (151mm)
J'ai revu la vitesse en me basant sur cette vidéo où une 141TD fait un demi-tour en 2 minutes environ. Mais ce pont tournant semble êtres plutôt lent, sur des vidéo allemandes, les pont vont 2 fois plus vite.

J'ai oublié la vidéo de la 141TD :

Je trouve que la vitesse de ton pont (avec loco) est pas mal du tout ! (ni trop rapide, ni trop lente)
J'avais vu une vidéo du pont tournant de Montluçon avec un autorail dessus, c'était assez lent (comme ton pont).
En tout cas merci pour la video de la 141D !!!
Je suis interessé par Ton code Arduino quand tu auras mis les repères de chaque dispatch…

Bonjour Mistigris

Pour la vitesse, c'est réglable à quelques µs près

Je programme sur PIC, en assembleur (mais structuré, c'est plus facile), pas sur Arduino car il me faut des micro avec un interface CAN. Et puis comme j'ai appris le PIC j'y reste

je publierai le code sur mon blog quand il sera terminé ainsi qu'un descriptif complet.

En tout cas sur la vidéo, ça parait nickel comme vitesse de rotation, et il n'y a pas d'accoup perceptible...

C'est pas franchement un à-coup, c'est plutôt un pompage. À gauche dans l'afficheur du haut, il y a la consommation. Le pompage est synchro avec la consommation la plus faible (quand une bobine n'est alimentée qu'à 50%)

Après pas mal de réflexion, je pense que mon problème vient de deux choses (l'une des deux ou les deux à la fois)

Première chose :

Ce que je veux régler c'est le couple de chaque bobine pour avoir mes micropas. Or le couple est linéaire en fonction du courant. Mais ce n'est pas le courant que je règle mais la PWM. Normalement il y a une relation directe et linéaire entre les deux mais sans asservissement du courant, c'est « à l'aveugle ». Il existe des pilotes de moteur pas-à-pas qui font des micro-pas comme l'Allegro A3972 et où c'est le courant que l'on règle mais ça demande de faire un nouveau design électronique.

Deuxième chose :

Une loi d'évolution en sinus suppose que les extrêmités des bobines sont infiniment fines, c'est à dire que l'électroaimant de situe sur un point dans l'espace. Or ce n'est pas vrai, l'électroaimant a un diamètre. Il peut être vu comme un point si l'aimant du rotor est éloigné de la bobine du stator mais au voisinage, c'est faux. Donc c'est presque un sinus mais pas exactement.

Je pense que le problème vient de ce second point car le ralentissement qui produit le pompage se produit quand l'aimant du rotor s'aligne avec la bobine du stator.

Par ailleurs, j'ai trouvé ici : http://arno.gerard.free.fr/--%20PIC-ASTRO%20--/pic-astro2/calibrage%20des%20moteurs/Version%20simplifiee/Etalonnage%20des%20micropas%20version%20A.doc

un document faisant parti d'un développement de carte de contrôle de moteur pas-à-pas pour des applications d'astronomie amateur.

Et ça m'a donné l'idée de procéder de manière expérimental : régler les courbes d'évolution des PWM en mesurant la position du moteur entre deux pas et pour chaque micro-pas, relevé les valeurs qui donne la bonne position.

L'expérimentation est assez simple : on monte un laser sur l'axe du moteur et on mesure sur une règle placée à quelques mètres la déviation correspondante à des valeurs de PWM réglées en sinus puis ajustée.

Je ne vais pas faire ça pour tous les pas mais pour 1 seul car je n'ai pas besoin de la précision absolue des astronomes

Normalement je devrais obtenir un fonctionnement impeccable

Impressionnant ! l'idée du laser pour valider le cyber espace…
Quand penses tu arriver sur mars ?   
La soucoupe rotonde piloté par des applications d'astronomie, pour l'alignement des trains et des planétes !
Admiratif du perfectionisme !! je suis à mille année lumière !

En fait, je crois que ma prochaine rotonde sera manuel avec une vis sans fin et une manivelle !
Ce sera pas impeccable mais ce sera à ma portée  

Te laisse pas impressionner, c'est pas compliqué

Bonjour

Rapidement (et de mémoire...)

- On ne peux pas avoir de couple constant si on fait fonctionner un PAP en mode demi-pas ou micro-pas, cas dans ces modes, il y a des cas ou 2 bobines sont alimentées (couple important) puis une seule bobine est alimentée (couple plus faible). En mode micro-pas, si je ne me trompe pas, on module en plus le courant dans chaque bobine.
Peut-être l'origine du pompage, car à faible vitesse, l'inertie mécanique ne "lisse" pas, il faut exercer "le couple de démarrage" à chaque (demi, micro) pas.

- Il vaut mieux réduire la vitesse par une démultiplication mécanique : entrainer le pont par l'intermédiaire d'un jeu d'engrenage, ou d'une courroie (a mon avis, c'est le mieux, souple et silencieux, courroie crantée pour éviter les glissements et pouvoir indexer le pont en comptant les pas du moteur). Il suffit de regarder les imprimantes jet d'encre ou scanners à plat, les chariots sont tous entrainé via des courroies crantées (et avec un précision de 600 dpi, soit 4 millièmes) .
Si le diamètre de la seconde poulie (sous le pont) est 10x plus important, c'est mieux que les demi-pas (2x) ou les micro pas (4x ou 8x selon la modulation du courant dans les bobines) en prise directe.

Je suis d'accord ! avec StrongSpirit ! 

Bonjour,

Si si en micro-pas, si on applique des courants en sinus sur une bobine et en cosinus sur l'autre (ce que je faisais), le courant, et donc le couple, est constant. Voir à ce propos l'AN822 de Microchip : http://jimfranklin.co.uk/microchipdatasheets/00822a.pdf

J'ai 64 micro-pas, le passage d'un micro-pas à l'autre n'est pas visible. c'est juste un pb de valeurs de PWM.

Je ne veux pas démultiplier pour un tas de raisons. Dans les imprimantes c'est ce qui est fait mais c'est parce que le but est d'avoir une haute résolution. Dans ces dispositifs, le positionnement absolu n'a pas besoin d'être précis. Quand l'imprimante démarre, la recherche du 0 peut être approximative car ça n'a pas d'importance que la marge soit précise, ce qui importe c'est que les positions relatives futures le soient. Pour un pont tournant, le 0 doit être précis. car la position absolue est importante.

Si je démultiplie, il va falloir que détecte le 0 de manière précise alors que là, c'est forcément calé sur un pas et il y a 2,3mm de distance avec le pas suivant. Le capteur est simple à mettre en œuvre et fiable.

Si je démultiplie, j'ai plus de mécanique, plus de bruit et du jeu

Je suis d'accord ! avec Jbl  
Ok je sors……

Page 16 de l'application note 822

Theoretically, the number of microsteps can be even
more than 32, but practically, that does not improve
stepper performance. The motor can be driven in
microsteps by changing the currents in both windings,
as a function of sine and cosine, simultaneously. Alternatively,
the current is kept constant in one winding,
while it is varied in the other, as shown in Figure 24. In
practice, the second method is followed to maximize
torque.

Si le courant est modulé en sin sur le bobinage A et en cos sur le bobinage B, je suis d'accord que le couple est plus ou moins constant.
Si le courant est max dans un bobinage et varie dans l'autre (voir texte), le couple n'est plus constant. Mais ce n'est pas très important....

Concernant l'argument du 0, surtout si tu compte utiliser les micro-pas 1/64, je pense qu'il te faudra de toute façon un capteur quelconque pour "refaire ton 0"... Parce que ton PIC, il n'a pas de feedback. Il va compter les micros-pas en supposant qu'il n'y a pas de "decrochage" au niveaux du PAP... crois moi, cela arrive même si on fait des full steps.

StrongSpirit a écrit:

Concernant l'argument du 0, surtout si tu compte utiliser les micro-pas 1/64, je pense qu'il te faudra de toute façon un capteur quelconque pour "refaire ton 0"... Parce que ton PIC, il n'a pas de feedback. Il va compter les micros-pas en supposant qu'il n'y a pas de "decrochage" au niveaux du PAP... crois moi, cela arrive même si on fait des full steps.

Effectivement il faut un 0. Mais il est facile à faire car avec un rayon de 75mm, la distance entre 2 pas (1,8°) à la périphérie est de 2,35mm. Il y a donc le pas ou le capteur renvoit 1 (et c'est le seul) et les autres.

Seules les positions correspondant à des pas entiers sont des positions stables correspondent à une voie de sortie du pont. Les micro-pas ne sont utilisés que pour avoir un mouvement fluide d'un pas à l'autre. Le PIC compte les pas.

Je ne pense pas qu'il y ait des pas ratés à cette vitesse, le moteur n'a pas vraiment de comportement dynamique ou l'inertie de la charge joue, les pas sont égrénés toutes les 1/2 s. Comparé à la masse d'une locomotive en N, environ 100g, le couple du moteur est conséquent. Même en concentrant les 100g de la locomotive à l'extrémité du pont (7,5cm), le couple nécessaire pour l'entraîner sera de 0,75kg.cm ce qui est très inférieur aux 2,8kg.cm du moteur avec la vitesse envisagée. Le montage a déjà fonctionné une vingtaine d'heure et je n'ai pas eu de pas loupés

jlb a écrit:

Seules les positions correspondant à des pas entiers sont des positions stables correspondent à une voie de sortie du pont. Les micro-pas ne sont utilisés que pour avoir un mouvement fluide d'un pas à l'autre. Le PIC compte les pas.

OK - là je suis d'accord, si les micro-pas ne servent pas au positionnement.
Faudra être soigneux avec le placement des voies de sortie et avec la précision absolue de ton zéro (si le zero se décale, toutes les voies seront décalés par rapport aux "crans" de ton pont formés par les pas entier), car pas d'ajustement par logiciel entre deux pas...