Aus Kreis wird Oval

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holger
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von holger » 11.11.2020, 04:57

Ja, so mit einem normalen Schrittmotor und einem schleppfehlerbelasteten Motor wird die Sache schlüssig.

Dazugelernt habe ich jetzt, dass ein ClosedLoop Schrittmotor nicht stumpf die Schritte abfährt und nur dann nachregelt, wenn er überlastet ist und Schritte verliert, sondern immer (wie ein Servo).

KarlG
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von KarlG » 11.11.2020, 09:38

holger hat geschrieben:
11.11.2020, 04:57
Dazugelernt habe ich jetzt, dass ein ClosedLoop Schrittmotor nicht stumpf die Schritte abfährt und nur dann nachregelt, wenn er überlastet ist und Schritte verliert, sondern immer (wie ein Servo).
Warum und wodurch hast Du das "gelernt"? Weil Tilman das behauptet? Ich behaupte das Gegenteil. Natürlich wird immer überwacht und wie mehrfach beschrieben (weil das physikalisch gar nicht anders geht) kann ein Stepper keine Einzelschritte verlieren, sondern nur Großschritte.
Meine Theorie ist, dass die CL-Stepper im "Normalbetrieb" als ganz normale Stepper arbeiten, dabei permanent den "Schleppfehler" (wenn das Ist dem Soll nacheilt) überwachen und bei Bedarf den Strom erhöhen. Das ist an den Lichuans nachgewiesen, die bis an die Grenze ihrer specs. (1500rpm) ganz normal im Steppermodus (ohne feedback) funktionieren und auch keine Schrittverluste produzieren.

Am "Drehfeld" rumzupfuschen wäre fatal, weil dann zwei verschiedene Prinzipien gegeneinander arbeiten würden.

Gruss
Karl

Tilman
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von Tilman » 11.11.2020, 10:18

Karl, lass mal den CL-Stepper am Scope laufen, dann ist alles klar. Wozu gibt es die Software?

Die meisten CL-Stepper arbeiten mit feldorientierter Regelung. Eine solche Regelung kann während der Fahrt eingreifen und den Strom situationsangepasst regeln. Diese Regelung wird aber wie bei einem Servo auch grundsätzlich zu Schleppfehlern führen, deren Größe abhängig von der Parametrisierung der Regelschleifen ist.

Billige Ausnahmen überwachen hingegen nur anhand der Encoderposition die ausgeführten Schritte. Das wird zwar aus Marketinggründen manchmal auch als Closed Loop bezeichnet, ist aber eigentlich kein Closed Loop. Nachteil dieses Fake-CL: Die Position kann NICHT während der Fahrt korrigiert werden, sondern die fehlenden Schritte werden am Ende angehängt. Welche Hersteller so etwas machen, weiß ich nicht aber es läst sich ganz einfach daran erkennen, dass die Endstufen keine konfigurierbaren Regelschleifen haben.

De facto kann eine feldorientierte Regelung gar nicht ohne Schleppfehler laufen, denn es widerspricht ihrem Funktionsprinzip.

Viele Grüße
Tilman

KarlG
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von KarlG » 11.11.2020, 10:57

Moin Tilman,
Tilman hat geschrieben:
11.11.2020, 10:18
Karl, lass mal den CL-Stepper am Scope laufen, dann ist alles klar. Wozu gibt es die Software?
Wie - was? Was ist mit "scope" gemeint? Ein Oszi, oder irgendeine Software? Was genau soll ich wo messen?
Die meisten CL-Stepper arbeiten mit feldorientierter Regelung.
Eine Behauptung.
De facto kann eine feldorientierte Regelung gar nicht ohne Schleppfehler laufen, denn es widerspricht ihrem Funktionsprinzip.
Der Schluss aus einer Behauptung. Wo sind die Belege?

Ein CL-Stepper hat definierte Raststellungen. Bei einem 2-poler 200 Stück pro Umdrehung mit 4 verschiedenen Bestromungsmustern, die sich 50 mal wiederholen. Die Raststellungen lassen sich nicht wegdiskutieren, deshalb widerspreche ich dieser Theorie der "feldorientierten" Regelung. Der CL-Stepper wird wie jeder normale Stepper seinen Raststellungen folgen und weil das physikalisch/magnetisch gar nicht anders geht, kann er KEINE Einzelschritte verlieren, sondern nur Großschritte. Das wären bei einem 2-poler vier Vollschritte.

Klar, dass man diesen Schrittverlust von 7,2° Winkelfehler weit vorher erkennen kann (mit einem 1000-linien-encoder kann man 0,18°Abweichung sicher feststellen) und das ist mMn. das, was man dann beim CL-Stepper als "Schleppfehler" bezeichnen kann.
Eine solche Regelung kann während der Fahrt eingreifen und den Strom situationsangepasst regeln. Diese Regelung wird aber wie bei einem Servo auch grundsätzlich zu Schleppfehlern führen, deren Größe abhängig von der Parametrisierung der Regelschleifen ist.
Korrekt. Aber erst, wenn der Stepper seinen "normalen Arbeitsbereich" verlässt. Aus dem grund muss man normale Stepper überdimensionieren, um auch in Grenzbereichen sicher fahren zu können, während der CL-Stepper kleiner ausgelegt werden kann und sowas dann "nachregelt".

IdR. wird das im Eilgang, oder bei Schwergängigkeit der Antriebe passieren und nicht im normalen Fräsbetrieb.
Billige Ausnahmen überwachen hingegen nur anhand der Encoderposition die ausgeführten Schritte. Das wird zwar aus Marketinggründen manchmal auch als Closed Loop bezeichnet, ist aber eigentlich kein Closed Loop. Nachteil dieses Fake-CL: Die Position kann NICHT während der Fahrt korrigiert werden, sondern die fehlenden Schritte werden am Ende angehängt.
Das wäre fatal und ich bezweifle das. So ein "fake-stepper" würde hüpfen, weil er (wie bereits beschreiben) beim Schrittverlust über 4 Vollschritte korrigieren müsste und im Fräsergebnis wären deutliche Absätze.

Gruss
Karl

blackpuma
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von blackpuma » 11.11.2020, 14:13

Hallo,

Weiß vielleicht jemand was der Servo Mode ist denn man auf dem Controller einstellen kann? Vielleicht hat das was mit der Diskussion hier zu tun.

Ich kann dort zwischen Point Mode und Track Mode umschalten.

Danke
- Kress 1050 FME
- Eigenbaufräse
- Zyklonsauger
- Mach3 + Estlcam
- QCAD

Tilman
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von Tilman » 11.11.2020, 16:19

Hallo Karl,
KarlG hat geschrieben:
11.11.2020, 10:57
Wie - was? Was ist mit "scope" gemeint? Ein Oszi, oder irgendeine Software? Was genau soll ich wo messen?
Wenn du einen CL-Stepper hast, der konfigurierbar ist, hast Du eine Software dazu. Diese bietet irgendeine Möglichkeit, die Qualität der aktuellen Konfiguration darzustellen, also die Schleppfehler über einen Zeitraum anzuzeigen. Wie sollte man sonst wissen, wie die Parameter arbeiten? Die Leadshine Pro tuner Software bietet dafür z.B. ein grafisches Scope, um die Schleppfehler darzustellen.
KarlG hat geschrieben:
11.11.2020, 10:57
Eine Behauptung.
Mit was denn sonst? Closed Loop = Regelschleife = feldorientierte Regelung. Das ist doch gerade der Sinn der Geschichte. Ich hab zwar schon bessere Abhandlungen gelesen aber hier ist es relativ einfach erklärt: https://de.nanotec.com/knowledge-base-a ... echnologie.

Würde die Mehrheit nicht mit feldorientierter Regelung arbeiten, hättest Du auch keinen weicheren Lauf im Vergleich zu normalen Steppern. Das alleine ist schon ein Beweis, denn keine feldorientierte Regelung = keine aktive Stromregelung.
KarlG hat geschrieben:
11.11.2020, 10:57
Der Schluss aus einer Behauptung. Wo sind die Belege?
Eine Regelschleife kann gar nicht verzögerungsfrei funktionieren, weil sie auf ein Ereignis (hier: eine Bewegung) reagiert, die zum Zeitpunkt der Reaktion übertrieben ausgedrückt schon in der Vergangenheit liegt.
KarlG hat geschrieben:
11.11.2020, 10:57
Ein CL-Stepper hat definierte Raststellungen. Bei einem 2-poler 200 Stück pro Umdrehung mit 4 verschiedenen Bestromungsmustern, die sich 50 mal wiederholen. Die Raststellungen lassen sich nicht wegdiskutieren, deshalb widerspreche ich dieser Theorie der "feldorientierten" Regelung. Der CL-Stepper wird wie jeder normale Stepper seinen Raststellungen folgen und weil das physikalisch/magnetisch gar nicht anders geht, kann er KEINE Einzelschritte verlieren, sondern nur Großschritte. Das wären bei einem 2-poler vier Vollschritte.
Das stimmt definitiv nicht und ich kann es Dir bei Bedarf gerne mal vom Bildschirm abfilmen. Je schneller ich fahre, desto höher wird der Schleppfehler. Bei langsamer Fahrt sind es etwa 4-6 Fehler, also 4-6/4000 einer Umdrehung. Bei 12.000mm/min sind es dagegen 24-30 Fehler. Das wäre zum Fräsen schon eine grenzwertige, wenn nicht indiskutable Abweichung aber da man mit diesem Tempo in der Regel nur eilfahrten ausführt und nicht fräst, ist es akzeptabel.
KarlG hat geschrieben:
11.11.2020, 10:57
Das wäre fatal und ich bezweifle das. So ein "fake-stepper" würde hüpfen, weil er (wie bereits beschreiben) beim Schrittverlust über 4 Vollschritte korrigieren müsste und im Fräsergebnis wären deutliche Absätze.
Ich würde mal eher behaupten, er würde hüpfen, wenn er irgendwo zwischendrin den verlorenen Schritt wieder in den Fluss reinschummelt. Wird er einfach hinten an gesetzt, ist zwar die Strecke bis dahin vielleicht nicht perfekt (wenn z.B. zwei Achsen gleichzeitig verfahren sind) aber der Fräser ist wieder an dem Punkt, an dem er sein sollte.

Viele Grüße
Tilman

KarlG
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von KarlG » 11.11.2020, 18:00

Moin Tilman,
Tilman hat geschrieben:
11.11.2020, 16:19
Das stimmt definitiv nicht und ich kann es Dir bei Bedarf gerne mal vom Bildschirm abfilmen. Je schneller ich fahre, desto höher wird der Schleppfehler. Bei langsamer Fahrt sind es etwa 4-6 Fehler, also 4-6/4000 einer Umdrehung. Bei 12.000mm/min sind es dagegen 24-30 Fehler.
Aber das ist doch völlig normal, dass der Rotor dem "Drehfeld" mechanisch hinterherläuft. Das würdest Du auch bei einem normalen Stepper sehen, wenn Du nur misst.

Du hast also bei langsamer Fahrt ~5/4000 = 6,25µm Nacheilung an einer 5er Steigung und das (zumindest bei identischen Motoren) auf allen Achsen gleichzeitig. Ein Teil davon kann durchaus noch "Mess-" und Auswertezeit sein.

Du schickst den step los, der muss elektrisch verarbeitet werden, dann wird das Magnetfeld ummagnetisiert, dann folgt der Rotor der Magnetfeldänderung, dann wird es gemessen und erst dann wird es angezeigt.

Was Nanotec da zusammenschwurbelt, überzeugt mich keineswegs. Natürlich gibt es Technologien, die auch den Motorlauf "beruhigen" und sogar welche, die völlig ohne Encoder auch Schrittverluste erkennen, bevor sie eintreten - meinetwegen kann man das auch "feldorientiert" nennen, aber das hat doch nicht primär mit dem CL-Prinzip zu tun und ändert auch nix an den Raststellungen der Stepper, während Servos eben keine definierten "Einrastpositionen" haben.

Gruss
Karl

Tilman
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von Tilman » 12.11.2020, 08:56

Moin Karl,

die Parameter haben einen direkten Einfluss auf die Schleppfehler. Mit Default-Werten hatte ich schon bei langsamer Fahrt über 20 Schleppfehler. Bei hohen Geschwindigkeiten waren es dagegen >100. Mit falschen Parametern kann man auch ganz leicht vielfach höhere Schleppfehler erzeugen. Würgst Du zum Beispiel den Differential-Anteil ab, kannst Du einen herrlich auflaufenden Schleppfehler produzieren, der sich über die Wegstrecke immer weiter erhöht, bis die Endstufe nach einer gewissen Strecke die 1000 Schleppfehler überschreitet und in den Error-Mode geht.

Nee Karl, da irrst Du mit Deiner Ansicht. Die Regelung verhält sich genau so, wie sich eine feldorientierte Regelung verhalten würde. Du kannst sie träge oder agil konfigurieren, Du kannst die Empfindlichkeit auf Störgrößen wie Schwingungen in der Mechanik beeinflussen. Das ist alles wunderschön am Scope ablesbar und bei übertriebenen Wert auch ganz deutlich am Verhalten spürbar.

Ich hatte zum Beispiel anfänglich meine Parameter nur auf normale Fräsgeschwindigkeiten optimiert und den hohen Geschwindigkeiten wenig Beachtung geschenkt, da die Schleppfehler immer in wenigen Zehntelsekunden wieder eingeholt waren. Das hat sich als böser Fehler herausgestellt, denn wenn ich mit einem 3mm-Fräser eine M4 Kernbohrung räume, taucht der Fräser mit Eilfahrt ziemlich dicht an der Kante auf, um dann 2mm über dem Werkstück zur nächsten XY-Koordinate zu fahren. Z war aufgrund der Parameter jedoch noch gar nicht aus der Tasche raus, als X/Y los fuhr, was zu einem ruinierten Werkstück geführt hat.

Viele Grüße
Tilman

KarlG
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von KarlG » 12.11.2020, 14:53

Moin Tilman,
Tilman hat geschrieben:
12.11.2020, 08:56
Nee Karl, da irrst Du mit Deiner Ansicht. Die Regelung verhält sich genau so, wie sich eine feldorientierte Regelung verhalten würde. Du kannst sie träge oder agil konfigurieren, Du kannst die Empfindlichkeit auf Störgrößen wie Schwingungen in der Mechanik beeinflussen. Das ist alles wunderschön am Scope ablesbar und bei übertriebenen Wert auch ganz deutlich am Verhalten spürbar.
Hmmm - lass uns nochmal von vorne anfangen. Um das vorauszuschicken: Ich habe vor fast 40 Jahren mal "Messen, Steuern und Regeln" gelernt - das war in der DDR ein Ausbildungsberuf. Was man zuerst lernt: Messungen muss man interpretieren können, man muss also wissen, was man da misst, wie sich die Regelstrecke verhält und mit welchen Messwerten normalerweise zu rechnen ist. Da wir in diesem Fall nicht genau wissen, was der/die Hersteller in ihren Controllern implementiert haben und das auch nicht veröffentlichen werden, kann man sich dem Thema nur mit Logik nähern.

Nun zu meiner Theorie: Ich habe eingangs behauptet, dass Stepper-CL-Systeme eine "Normal-"Betriebsart haben, wo sie wie normale Stepper laufen und einen "Boost-Modus, wo sie in die Ansteuerung eingreifen. Ob das nur Stromerhöhung ist, oder ob auch am Drehfeld rumgemacht wird, sei mal dahingestellt, weil das nicht wirklich rauszukriegen ist. Natürlich braucht man BEIM EIngriff auch Regelparameter, wie schnell, wie stark und wie lange "eingegriffen" wird. Das erklärt sich schon logisch, weil es ja verschiedene Abweichungen aus verschiedenen Gründen geben kann.

Also mit Logik: Du erklärst, es gäbe fake-CL-Stepper, die ihre Schrittverluste "am Ende" wieder anhängen. Das GEHT NICHT, weil der Controller nur Schritte bekommt und niemals "weiß", ob er grade eine Schräge, eine Gerade oder einen Kreisbogen fährt und somit auch nicht das "Ende" kennt. Das wäre, wie schon gesagt fatal, weil das Ergebnis dramatischer wäre, als wenn das Ding einfach mit Fehler stehenbleibt. Ich bezweifle, dass es solche "Implementierung gibt - wobei man bei den Chinesen natürlich mit allem rechnen muss. :D

Weiter mit Logik:
JEDER Motor läuft seinem Drehfeld hinterher. Es gibt also IMMER "Schleppfehler" und die Frage ist, wie groß die normalerweise sind.
Jetzt schließt Du aus einer Anzeige, dass man diesen Wert "optimieren" muss, ohne zu wissen, wie groß der normalerweise ist und was (bei einer evtll. Abweichung) zu dieser Abweichung führt. Nun kann es ja sein, dass erst Dein Eingriff in die Parameter das Problem erzeugt, oder die schwingende Aufstellung der Maschine oder ein Dimensionierungsfehler der Antriebe. WENN also die Regelung schon im "Normalbetrieb" eingreift (was sie lt. meiner Theorie nicht würde - sie würde nur überwachen), denn müsste man das "warum" untersuchen.

Zu den Fakten: Mein Lichuan-CL läuft im open loop, also als normaler Stepper ohne Encoder problemlos bis etwas über 8m/Min. an einer 5er Steigung. D.h.: Es gibt diesen Normalbetrieb, was sowohl in den Parametern des Lichuan, als auch in denen des Leadshine als "open loop current" bezeichnet wird. Lichuan 50% und Leadshine 60%. Hier sieht man auch die Reserve für die Stromerhöhung, WENN Schleppfehler auftreten, was wiederum bedeutet, dass die normale und übliche Nacheilung nicht als Fehler interpretiert werden darf.

Ich fahre übrigens auf X und Y zwei verschiedene CL, habe an denen gar nix rumkonfiguriert und fräse damit Lagerpassungen. Ich denke, "schräge" Passungen wären mir schon aufgefallen.

Gruss
Karl

KarlG
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Re: Aus Kreis wird Oval

Beitrag von KarlG » 13.11.2020, 13:48

KarlG hat geschrieben:
12.11.2020, 14:53
Ob das nur Stromerhöhung ist, oder ob auch am Drehfeld rumgemacht wird, sei mal dahingestellt, weil das nicht wirklich rauszukriegen ist.
Hab da nochmal drüber nachgedacht und es ist recht wahrscheinlich, dass auch das Drehfeld beeinflusst - sprich: gebremst wird.
Beim Zweipoler sind ein (verlorener) Großschritt 7,5°- d.h.: Ab 3,75° wirds gefährlich, dass das Ding in den nächsten Großschritt kippt. Die Ansteueung muss also (deutlich) drunter bleiben und somit Schritte verzögern, in der Hoffnung, das mit Stromerhöhung wieder einholen zu können.

Da das Fehlerlimit (wenn der Controller aufgibt) bis zu etwa 1000 Encoderimpulse (also 90° Winkelfehler) beträgt, müsste also der Controller die Schritte für eine viertelumdrehung (Leadshine) bzw. 36° (Lichuan) zwischenspeichern und irgendwie wieder in die Bewegung reinmogeln...

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