Motori a passo, numero di fasi

[Fabio992]

Perfetto, ora mi è tutto chiaro.
Grazie mille a entrambi

[Fabio992]

Ciao Sandro, una curiosità:

si ottengono delle prestazioni molto superiori a quel che si può ottenere in controllo a passo o in microstepping.

Ma quindi la tecnica del microstepping, chiamata anche seno-coseno, non coincide con l'alimentare il passo passo come se fosse un brushless? Mi pare che le forme d'onda della corrente che si possono ottenere con il microstepping siano sinusoidali ( quindi come se fosse un brushless ), e l'unica differenza è che per effettuare il microstepping NON è assulatamente necessario un sensore di posizione, mentre se lo inserisco il controllo diventa come un brushless vero e proprio

[TardoFreak]

Il microstepping suddivide ogni passo in un certo numero di intervalli chiamati microstep. Per farlo dosa convenientemente la corrente nei due avvolgimenti. Invece di avere uno (o due) avvolgimenti sempre alimentati o sempre spenti il controllore ne parzializza il pilotaggio.

[Fabio992]

Esatto. Ma con il microstepping è comunque possibile ottenere una forma d'onda più o meno sinusoidale della corrente. Vedi ad esempio qui

http://www.zaber.com/microstepping-tutorial

Per cui non capivo bene la differenza tra microstepping e controllare uno stepper come un brushless

[TardoFreak]

Se la misuri mentre il motore sta girando allora si che la vedi sinusoidale.

[SandroCalligaro]

Prendiamo il caso di uno stepper o di un brushless con due fasi (sono rari i brushless bifasi, ma non importa).
Consideriamo le grandezze delle due fasi di uno stepper (flusso concatenato, corrente, tensione) prese assieme, come un vettore, cioè si stanno associando due grandezze alla rappresentazione di due elementi su due assi ortogonali. Questo modella bene la realtà, perché in uno stepper ci sono due fasi magneticamente (e geometricamente) ortogonali tra di loro.

Ora supponiamo di creare un sistema di assi di riferimento d,q che è vincolato al rotore.
Il controllo di un "brushless" (cioè di un PMSM a rotore isotropo) prevede che venga imposta una corrente Iq proporzionale alla coppia richiesta (la quale a sua volta viene tipicamente da un controllo di velocità o posizione).
Parlare di corrente Iq cioè corrente di asse "q", corrisponde a considerare la proiezione del vettore delle correnti di fase su una direzione ortogonale all'asse del magnete permanente.

Alla base del controllo vettoriale del PMSM isotropo c'è la considerazione che la coppia è proporzionale al prodotto vettoriale tra il vettore che rappresenta il flusso del magnete permanente concatenato dalle fasi di statore ed il vettore che rappresenta le correnti. Questo prodotto, a parità di modulo dei vettori, è naturalmente massimo se la differenza tra i due è di 90°.
In pratica il magnete tende ad inseguire la direzione nella quale è proiettato l'effetto combinato delle correnti di statore (trova un equilibrio, cioè coppia nulla, quando è allineato con quella direzione).

Nel caso del controllo vettoriale si impone solo la corrente "necessaria" lungo una precisa direzione, ottenendo come vantaggi:
- che la corrente utilizzata è la minima possibile per produrre una data coppia
- che la relazione tra ampiezza della corrente ed ampiezza della coppia è lineare, con coefficiente costante e noto (dipende dall'ampiezza del flusso del magnete)

Inoltre, siccome è noto il modello elettrico nelle coordinate dq, è possibile controllare con una dinamica spinta la corrente, imponendo Id nulla ed Iq a proporzionale alla richiesta di coppia. Naturalmente occorre conoscere la posizione del rotore (misurandola o almeno stimandola)!


Il microstepping, se si porta il "quanto" di posizione all'infinitesimo, corrisponde ad un controllo open-loop, in cui la fase del vettore di corrente viene imposta indipendentemente dalla posizione di rotore. Il rotore tenderà ad allinearsi con la direzione rappresentata dalle correnti.
Nel controllo microstepping la coppia applicata non è nota (dipende dal carico e non solo), addirittura si impongono tensioni sinusoidali, il che non significa avere correnti sinusoidali.


Le stesse considerazioni valgolo per il caso trifase (brushless tipici), perché in realtà il buon vecchio Kirchhoff dice che la somma delle correnti deve essere nulla (come quella delle tensioni), quindi si possono considerare solo due delle tre grandezze e proiettare il tutto su due assi ortogonali, come nel caso bifase.


Ho provato a spiegare in poche parole il controllo vettoriale di un PMSM.
Non sarò sicuramente stato esaustivo né preciso...

[Fabio992]

Intanto ti ringrazio

Il microstepping, se si porta il "quanto" di posizione all'infinitesimo, corrisponde ad un controllo "vettoriale" open-loop, in cui la fase del vettore di corrente viene imposta indipendentemente dalla posizione di rotore. Il rotore tenderà ad allinearsi con la direzione rappresentata dalle correnti.

Ho capito. Questo perché la tecnica del microstepping, come dicevo prima, non "prevede" un sensore di posizione. Ma se io ci metto un sensore di posizione, e da un riferimento di posizione mi calcolo la corrente di riferimento, posso parlare di controllo "brushless" del motore stepper. Giusto?

In pratica il magnete tende ad inseguire la direzione nella quale è proiettato l'effetto combinato delle correnti di statore (trova un equilibrio, cioè coppia nulla, quando è allineato con quella direzione).

Giro la domanda: ma quindi anche un brushless è possibile controllarlo senza encoder? se alimento gli avvolgimenti di statore il magnete dovrebbe più o meno seguirmi il campo prodotto dagli avvolgimenti


P.s. non sto parlando di controllo sensorless, ma proprio di un controllo "sporco" senza nulla di nulla

[SandroCalligaro]

Ma se io ci metto un sensore di posizione, e da un riferimento di posizione mi calcolo la corrente di riferimento, posso parlare di controllo "brushless" del motore stepper. Giusto?

Dovresti anche usare quell'informazione nel modo giusto.
Idealmente, se imponi corrente nella direzione del rotore, non produci coppia. Quindi, di quanto dovresti "scartare", in angolo, dalla direzione del rotore? A quel punto conviene fare un controllo vettoriale vero e proprio, almeno al giorno d'oggi (i micro che possano fare i conti non costano molto).

Giro la domanda: ma quindi anche un brushless è possibile controllarlo senza encoder? se alimento gli avvolgimenti di statore il magnete dovrebbe più o meno seguirmi il campo prodotto dagli avvolgimenti

Vado leggermente off-topic, per chiarire.
Il controllo sensorless di PMSM si fa da tempo (ma con stima della posizione di rotore)...
Non sto parlando di far girare "in qualche modo" l'elica di un modellino di aereo o di un drone, sto parlando di controllo di velocità in catena chiusa (ma stimata). Molti inverter commerciali lo permettono, tra cui il Gefran ADV200, per il quale ho contribuito.
Proprio adesso sto simulando uno schema (niente di completamente nuovo, solo una variazione sul tema) che permette di controllare anche attorno a velocità nulla. E non si tratta solo di simulazioni, ma di cose che funzionano nel mondo reale e con hardware normale, complete di auto-tuning.

A parte questo, un brushless gira in quel modo, ma normalmente ha un numero di coppie polari basso (da 2 a 8, tipicamente), per cui la "precisione" di posizionamento sarebbe bassa. In altre parole, se lo scostamento del rotore di angolo è piccolo rispetto alla direzione del vettore di corrente, la coppia è bassa.
In molti casi sensorless l'avviamento avviene comunque in questo modo, così come si fa comunemente la fasatura dell'encoder imponendo una continua.

[Fabio992]

Ho capito, ti ringrazio di nuovo.