Выбор шагового двигателя и драйвера для него

[Stoper]

Приветствую всех и прошу совета по работе с шаговыми двигателями.
Есть такая задумка - собрать астротрекер - приспособление для компенсации вращения земли в астрофотографии.
Вращение должно осуществляться при помощи шагового двигателя.
Сложности:
- питание системы должно осуществляться от автомобильного прикуривателя 12-13В.
- микрошаг двигателя должен быть очень маленьким 12800 или 25600.
- работа будет осуществляться в условиях отрицательных температур.
- вращение должно быть плавным, без рывков.

Вопрос такой: посоветуйте драйвер под такую задачу и двигатель. Честно сказать я уже запутался выбирая. Характеристики драйверов (одной модели) сильно отличаются в описаниях в разных магазинах, не знаю кому верить.
И ещё я так и могу понять, как скажется на работе питание из нижней границы диапазона. Если нужно напряжение выше, то можно ли повысить повышающим преобразователем напряжения?

[vlasovzloy]

Редуктор однако нужен

[Муркиз]

Однозначно. И не простой, а с компенсацией люфтов зацепления.

А во-первых, выборы и расчеты приводов, и выбор моторов и редукторов начинается ещё и с определения нагрузок на привод. То есть крутящего момента.

[piligrim130]

у вас телескоп или просто фотик ?
https://habr.com/ru/articles/227499/

[Stoper]

Снимать буду на фотоаппарат с телеобъективом. Статью по ссылке я читал, с такой конструкцией астротрекера знаком. Думаю, что в моем случае она не подойдет, т.к. фотоаппарат с объективом тяжелые, я не уверен в том, что конструкция выдержит. Для себя рассматриваю другой вариант, более устойчивый, рассчитанный на большее нагрузки, но сложнее в реализации (фото эскиза прилагаю). В англоязычном интернете пару раз мелькали такие трекеры, но не совсем самодельные, скорее набор для сборки для 3д принтера.

Про крутящий момент, которым должен обладать двигатель, я понимаю, но где почитать и как рассчитать тоже не знаю. Может есть ссылка на такие расчёты? Поделитесь пожалуйста, кто знает.

Про редуктор. Согласен, что вряд ли удастся одним только драйвером понизить скорость вращения. По расчетам у меня получилось скорость вращение Земли 15 угловых секунд в секунду времени. Микрошаг 12800 дает шаг 101,25 угловых секунд. Что бы картинка по пикселям не смазавалась (размер кадра и угол зрения объектива) нужно микрошаг сделать 4,15 угловых секунд. Для этого я пока три варианта обдумываю, но не знаю какой сработает:
1. На вращающийся диск надеть вывернутый зубчатый ремень и сделать таким образом большую шестерню. Но думаю будет неравномерно вращаться.
2. Использовать две понижающие ременные передачи с коэффициентом 1/5.
3. Использовать готовый редуктор на 1/50

Добавлено after 2 minutes 5 seconds:
Фото задумки

[vlasovzloy]

Все равно пиксели разойдутся не так так так, нужно будет в видеоредакторе обьединять править смещать

[АлександрЛ]

[uquote="Stoper",url="/forum/viewtopic.php?p=4746011#p4746011"]Есть такая задумка - собрать астротрекер - приспособление для компенсации вращения земли в астрофотографии.[/uquote]
Флаг в руки! Тем более, что у вас есть два взаимо исключающих условия;

[uquote="Stoper",url="/forum/viewtopic.php?p=4746011#p4746011"]Вращение должно осуществляться при помощи шагового двигателя.[/uquote]

[uquote="Stoper",url="/forum/viewtopic.php?p=4746011#p4746011"]- вращение должно быть плавным, без рывков.[/uquote]
Сам по себе мотор называется "шаговый", потому, что он "шагает" - его вал перемещается "шагом" от одного устойчивого положения к другому.

Драйвера ШД, типа таких:
https://aliexpress.ru/item/1005007577381193.html
https://aliexpress.ru/item/1005005261850374.html
позволяют переключать режимы от "полного шага" до 1/32 шага, но, всё равно, лучше, к ШД добавить подходящий редуктор

Однозначно. И не простой, а с компенсацией люфтов зацепления.

На "люфт зацепления" можно придумать простейший "компенсатор" из пружины - "рабочий ход" астротрекера - он только в одну сторону.


зы.. А что, скорость вращения ШД нельзя изменить при помощи изменения частоты "шага"?

[linux_rulezz]

[uquote="АлександрЛ",url="/forum/viewtopic.php?p=4746127#p4746127"]А что, скорость вращения ШД нельзя изменить при помощи изменения частоты "шага"?[/uquote]
Скорость сопровождения - 15''/с. Если даже у фотоаппарата, которым будет ТС пользоваться, полуширина аппаратной функции получится секунд пять, все равно придется иметь дискрет не хуже 2.5''. Если ставить непосредственно на вал ШД, такое никогда не получится. Ведь классика у ШД - 200 шагов на оборот, т.е. дискрет будет 1.8° — в две с половиной тысячи раз больше допустимого!!111
И никакое дробление шага здесь не спасет. Тем более, на таких малых скоростях в случае дробления шага промежуточные положения будут крайне неустойчивыми.
Нужен редуктор. Хотя бы в 3000 раз.

[M_Z]

Я с астрофорума
Драйвер шд выдает 64-256 ступенек
Пропускаем через фнч получаем две гладкие кривые со сдвигом на 90 градусов далее на два усилителя
Дискрет пропадает?
Можно так упровлять шаговиком?

Добавлено after 1 minute 12 seconds:
Редуктор тоже необходим!

[Zelenyj111]

[uquote="M_Z",url="/forum/viewtopic.php?p=4787568#p4787568"]Пропускаем через фнч получаем две гладкие кривые со сдвигом на 90 градусов далее на два усилителя
Дискрет пропадает?
Можно так упровлять шаговиком?[/uquote]

Нет, нельзя. Даже с микрошагом 256 и предполагаемым перемещением 1 микрошаг в секунду это будет 39 мкГц. Каким ФНЧ вы собрались это сглаживать и зачем? И зачем драйверу усилитель, если сам усилитель? Только он D-класса (ШИМ), а не А. На рабочих токах двигателя усилитель A-класса будет как утюг. Аккумулятор авто надо пожалеть.

-----------

Какова точность удержания двигателя на полном шаге? Не 100%! (смотрим в паспорт)
Какова на микрошаге? Еще хуже.
Какая точность должна быть у передачи (сюдя по передаточным числам, потребуется 2-3 ступени планетарного редуктора), чтобы обеспечить хотя бы 15" точность позиционирования тяжелого (наверняка и несбалансированного) диска? Ох, не из говна и палок он должен быть сделан...

Вывод? Нужно позиционироваться по обратной связи! Точным должен быть только она. Остальное должно просто не создавать трудностей: нормальный упорный подшипник для снятия поперечных нагрузок с передачи, редуктор, не дающий люфтов под нагрузкой, балансировка диска вместе с камерой.
Обеспечение 15" точности по обратной связи тоже не простая задача. Очевидно, что никакой энкодер не даст такой точности и снова нужна передача. Но в этот раз можно разделить передачу усилия и передачу позиции: для второй нужна высокая точность, но не нужно передавать усилий. Какое передаточное отношение нужно на обратную связь, зависит от найденного декодера. Точность измерения должна быть (с учетом передачи) минимум в 3 раза выше, чем шаг перемещения, чтобы можно было задействовать обратную связь.

При заявленных требованиях ни о каком вывернутом ремне речи быть не может.

Но сперва стоит сперва осмотреть параметры реальных переносных устройств. У меня подозрения, что требования ТС завышены.

[M_Z]

Извените что влез в чужую тему

[linux_rulezz]

[uquote="Zelenyj111",url="/forum/viewtopic.php?p=4787597#p4787597"]Очевидно, что никакой энкодер не даст такой точности и снова нужна передача.[/uquote]
Неправильно. Есть однооборотные энкодеры на 28 и больше бит. Их и используем на малых телескопах.
Погуглите, что такое абсолютные энкодеры Resolut (renishaw). Те, что на "астросибовских" телескопах установлены (3 телескопа нашего комплекса "Астро-М"), имеют 67108864 отсчетов на оборот, т.е. примерно 0.02'' на отсчет. Понятно, что младшие 1-2 разряда шумят даже в покое, но нам этого выше крыши, чтобы работал софтовый ПИД-регулятор, ведущий телескоп за объектом (а там, напомню, не только по часовому углу нужно вести, но и по склонению, причем, по склонению скорость еще меньше).
Естественно, там установлены обычные двигатели постоянного тока через редукторы, т.к. с шаговиками проблем не оберешься! А в итоге получаем ПИД-регулятор нижнего уровня (который более-менее гарантирует, что двигатель с должной скоростью будет ехать) и ПИД верхнего (который дает точную подстройку).

[M_Z]

Извените ,но эти энкодеры наверное стоят дороже самих телескопов!
Не удержался!

[linux_rulezz]

M_Z, нет, конечно. Иначе монтировка не стоила бы всего лишь 2млн рублей. А что до телескопа, он около полутора-двух. Давно ценами не интересовался - можете на сайте "астросиба" посмотреть.
В дешевых любительских телескопах, конечно, таких энкодеров нет. Например, когда я в "celestrone" залезал, обнаружил, что там как раз-таки шаговые двигатели вращают редуктор, поэтому свое абсолютное положение телескоп "не знает", и если ты его покрутишь, сняв со стопоров, или кто-то на трубу сильно поднажмет, придется заново юстировать по трем звездам.
У меня был как-то студент на практике, он себе сам монтировку автоматизировал для экваториала. Правда, на абдурине, а не по-человечески, но все же! Редукторы и обычные "NEMA17". Но телескопчик легенький совсем. Это вам не 100-500кг малых профессиональных труб.

[M_Z]

Мы с Вами обычно на астрофоруме общаемся , но увидев знакомое лицо - не удержался!
Ведь такие энкодеры врядли нужны для наведения на обьект если только не снимать несколько ночей подряд не видимый глазу обьект
Но ведь основное ведения осуществляет схема гидирования
Или я не так понимаю?(упрощенно)
Но меня больше интересовало питание шд sin и cos
при гидировании ,чтобы избежать дискретность шд
Или основная неравномерность ведения -это неточность обусловленная редуктором
Естественно я рассматрива простые любительские установки(без обратной связи)

[linux_rulezz]

Если не нужно астрофото, то высоких точностей не нужно. А для астрофото любители пользуются отдельным гидом. Конечно, сиинг получается хуже, чем дает атмосфера и оптика, но зато дешево.
У шаговиков очень плохо с динамическим диапазоном: они не умеют крутиться быстро, не умеют крутиться медленно. Поэтому схема на одном двигателе работать не будет: либо будет сопровождать, но не сможет наводить; либо сможет наводить, но не сможет сопровождать.

[Муркиз]

При данной концепции использовать прямой привод шаговый двигатель просто неуместен. Никак не вписывается. Обязательно нужен редуктор.
А если взять за его основу старые механические часы больших габаритов, то его передаточного отношения вполне хватит, чтобы использовать шаговый двигатель даже с половинным шагом. Да и если ставить энкодер на входной вал, то астрономические энкодеры и не понадобятся.
К тому же часовые механизмы зубья имеют с мелким модулем, а значит, и зазоры тоже у них мелкие, и плавность хода зубчатого зацепления высокая.

Как вариант, можно предложить волновой редуктор, мелкозубый можно изготовить и на большое передаточное число одной ступенью, и главное весьма силовое и беззаботное.

И есть ещё один вариант, который вы просмотрели. Есть ведь ещё и пьезодвигатели, которые как раз и обладают микрошагом, безазорные, да и изготовить их не очень сложно. Вот только они слабенькие, особых усилий от них ждать не приходится. Поворотный стол должен быть хорошо отцентртрован, отбалансирован, и малыми потерями в подшипниках. Ювелирная работа, короче говоря

[linux_rulezz]

А еще есть шаговые двигатели Лаве… Прямо напрашивается через подходящий редуктор на механизм сопровождения!
Но вот для наведения придется использовать другой двигатель + магнитные муфты.
Про дешевые телескопы я уже упоминал. Если взять двигатель, который при должном рампе разгона сможет под нужной нагрузкой делать 6000 шагов в секунду, а минимумом считать, скажем, 15 шагов в секунду (и чтобы один шаг сдвигал телескоп на 1''), то через тот же редуктор на максимальной скорости получим 1.67° в секунду. Т.е. перекладывать телескоп на 180° вы почти полторы минуты будете! Вряд ли астроному-любителю такое понравится. А руками — низязя, т.к. нет энкодеров на осях. Вот такая вот петрушка.

Еще есть понятие микрошага. И прямо-таки новичков подмывает взять, да забульбенить 256 микрошагов на каждый шаг. Мол, мы гидировать на 256 микрошагов будем, а наводиться — в полушаговом режиме. И тут оказывается, что чтобы удерживать вал в промежуточном положении, нужно приложить неплохой такой ток — отнюдь не 30%, как требуется для удержания в положении целого шага. А скорость маленькая, т.е. этот ток из реактивного превращается в активный, здорово нагревая обмотки двигателя (а то и спалить их может).

Думаю, все это надо самому руками пощупать. Я когда-то экспериментировал с шаговиками (правда, основной задачей было наглядно доказать коллеге, что его идея с микрошагом работать не будет). Пару двигателей сожгли…

[M_Z]

Чтобы питать шд частотой 1 гц
Основная прблема отведение тепла?

Добавлено after 17 minutes 37 seconds:
Не по теме
А что Вы слышали о прямом приводе для телескопа
Давно на астрофоруме было обсуждение
И у нас на выстовке в Минске видел такой для привода телескопа- но не взял координаты разработчиков

[linux_rulezz]

О прямом приводе ничего не слышал. Я и на астрофоруме-то не так часто появляюсь, а любительской астрономией вообще не интересуюсь. Как и, впрочем, астрофизикой. Я ж - разработчик (и, хоть к.т.н. и с.н.с., де-факто являюсь кем-то вроде ведущего инженера).