ステッピングモーターにランプが必要なのはなぜですか？

私は初心者で、ステッピングモーターを実行する方法を理解しようとしています。私が考えていた概念は、ステッパーが実行するにはデジタルパルスが必要だということでした。使用しているステッパーを非常に簡単に実行できました。しかし、最近私は、ステッパーを開始するためにランプを使用しているリンクに出会いました。

「高速パルスでステッピングモーターを起動しようとすると、そこに座って回転せずにハミングします。ステッパーをゆっくりと起動し、ステップの速度を徐々に上げます（ランプアップ）。」出典：http : //www.societyofrobots.com/member_tutorials/book/export/html/314

私の質問は、ステッパーが通常の方形パルスで起動するのはなぜですか？なぜランプが必要なのですか？他のすべてのフォーラムおよびチュートリアルでは、起動のためにデジタルパルスをステッパーに提供することについて常に説明していますが、そこでランプ生成の概念が説明されていないのはなぜですか？デジタルパルスでステッパーを実行することは悪い習慣ですか？

コントローラーがモーターをステッピングするとき、ローターは十分な距離（角度）移動する必要があり、次のコイル（またはコイルペア）に通電すると、ローターが正しい方向に引っ張られます。ローターが十分な角度で動かなかった場合、コイルがローターを後方に引っ張って、モーターがそこに座ってブーンという音を立てます。ローターが意図した量のほんの一部しか動かなかった場合、通常の動作がどのように機能するかを説明する多くのイラストやアニメーションをオンラインで見つけることができます。

ローター、シャフト、シャフトに接続されているものはすべて慣性があり、さまざまな種類の摩擦があります。

ステッパーがシャフトを回転できる最大速度は、モーターから利用可能なトルクとシャフトを回転させるのに必要なトルクに関係します（RPMが増加すると使用可能なトルクが低下し、RPMが増加すると必要なトルクが増加します）。それは慣性とは直接関係ありません。

実際に最大値（またはその一部）に到達するには、RPMを非常に速く加速することができます。最大加速度は、特定のRPMでの慣性と過剰な利用可能なトルクに関連しています。モーターが現在のRPMに追いつくためにできることをすべて実行している場合、加速することはできません。RPMが十分に低い場合は、ランプを上げる必要はありません。ステップするように指示するだけでかまいませんが、それは通常、モーターが実行できるRPMのごく一部です。多くの場合、単純化のために線形ランプが使用されますが、より凸状の曲線が最適です。

ここではオリエンタルモーター（日本の大手メーカー）からモータトルク曲線は、次のとおりです。

最大加速率を予測するには、トルクと 慣性モーメントの質量。特定の負荷で最大加速度を超えると、モーターのステップが失われるため、妥当な安全マージンを確保することをお勧めします。

あなたが読んだ説明がスピードアップについて話しているようです、、つまりステップの頻度について話しているようです。各ステップのパルスはまだ正方形です。

その理由は、ステッピングモーターが生成できるトルクはそれほど多くないためです。この最大トルクを超えると、モーターはステップを逃します。

さらに、モーターの加速には、ニュートンの運動の第2法則によるトルクが必要です。力は質量と加速度の積に等しくなります。

回転システムの場合、用語は少し異なりますが、ほとんど同じです。トルクは慣性モーメントに角加速度を掛けたものに等しくなります。

その結果、モーターを瞬時に加速するには無限のトルクが必要となり、これは不可能です。したがって、加速を制限する、つまり速度を「ランプアップ」して、モーターがステップを逃さずに生成できるものに必要なトルクを制限する必要があります。

2年後...ステップモーターの一般的な速度と振動/ノイズの詳細を追加したかったのです。

毎秒1回のように非常にゆっくりとステップすると、シャフトは新しい位置に移動し、オーバーシュートし、そのステップで安定するまで何度もアンダーシュートします。このプロセスは、新しいステップごとに繰り返されます。

電圧/電流は負荷に対して十分である必要があり、モーターのサイズは必要なトルクに一致するように選択する必要があります。

モーターを動かす必要がなくなったら、電圧/電流を約50％から75％下げて、その位置を維持できます。摩擦が支配的である場合、または何らかのタイプのギアを使用している場合は、モーターを完全にオフにすることができます。これは、たとえば12ボルトで作動する必要があるリレーと似ていますが、接点を9ボルトで作動させ続けることは簡単です。

速度を毎秒約20に上げると、振動/騒音が最大になります。これは、ほとんどのエンジニアが避けようとする速度です。

速度が上がると、振動/騒音が減少し、トルクも低下します。ノイズと周波数をプロットした場合、形状は明確な下方向を示します。多くの場合、調和周波数で、極大がいくつかあります。

毎秒100ステップを超える典型的な値である振動が許容できるほど十分に低く、500ヘルツを超える信頼できる動作にはトルクが弱すぎると仮定しましょう。

100 Hzから500 Hzに速度を上げずに、これらの周波数のいずれかを使用してステップモーターをすぐに起動できます。同様に、頻度に関係なく、ステップを突然停止できます。保持電流は、そのステップでモーターをロックするのに十分です。

最大周波数を超えたい場合、ランピングが必要です。上記の「典型的な」数値を考えると、滑らかに加速した場合でも、500 Hzから700 Hzで動作するのに十分なトルクがモーターに残っていることがわかります。信頼性の高い操作のコツは、400 Hzのようにランプを開始してから、700 Hzまで増加させることです。目標位置に近づくまでその速度でそれを保ちます。

その後、700 Hzから450 Hzまでスムーズに減速します。それでも目標位置に到達しない場合は、モーターをその速度に保ちます。その後、450 Hzから停止できます。0.1秒から1秒の間、最大電流/電圧でモーターに通電したままにして、すべての振動源が消散することを確認します。

線形ランプは作成が簡単です。しかし、最適なのは「S」字型です。安全な周波数から始め、最初はゆっくりと増やし、速度が最大に達するまで指数関数的に増やしていきます。

減速する時間になると、同じアルゴリズムが適用され、速度がゆっくりと減少し、速度の減少率が指数関数的に変化し、安全速度に達したときに速度の減少を停止します。これにより、モーターを突然停止できます。

モトローラ68HC05マイクロコントローラーを使用してすべてを実行する実際のコードは、約500バイトかかりました（内部EPROMは合計8Kで、RAMは128バイトでした）。アセンブラで書かれています。

マイクロステップ用のハードウェアがある場合は、ノイズと振動に関するすべての言及を無視できます。通常の最高速度を超えたい場合は、「S」字の加速が必要です。しかし、速度に関係なく振動はないので、減速度を必要なだけ低くすることができます。

方形波ドライブから学んだ教訓は、まだ通用します。つまり、目的地に到達する最も効率的な方法として、モータートルクが突然の停止と開始に十分なポイントのすぐ下の周波数に減速を配置する必要があります。