Quelle est la précision réelle du micropas ?

Les moteurs pas à pas divisent une rotation complète en centaines d'étapes discrètes, ce qui les rend idéaux pour contrôler avec précision les mouvements, que ce soit dans les voitures, les robots, les imprimantes 3D ou les machines CNC. La plupart des moteurs pas à pas que vous rencontrerez dans les projets de bricolage, les imprimantes 3D et les petites machines CNC sont des moteurs pas à pas hybrides bipolaires et biphasés, soit avec 200 ou, dans la variante haute résolution, avec 400 pas par tour. Il en résulte un angle de pas de 1,8°, respectivement 0,9°.

D'une certaine manière, les pas sont les pixels du mouvement, et souvent, la résolution physique donnée n'est pas suffisante. La commutation brutale des bobines d'un moteur pas à pas en mode pas complet (entraînement par ondes) fait passer le moteur d'une position pas à pas à la suivante, ce qui entraîne un dépassement, une ondulation du couple et des vibrations. Nous souhaitons également augmenter la résolution d’un moteur pas à pas pour un positionnement plus précis. Les pilotes de moteur pas à pas modernes utilisent le micropas, une technique de conduite qui intègre un nombre arbitraire de micropas dans chaque pas complet d'un moteur pas à pas, ce qui réduit sensiblement les vibrations et (soi-disant) augmente la résolution et la précision du moteur pas à pas.

D’une part, les micropas sont en réalité des étapes qu’un moteur pas à pas peut physiquement exécuter, même sous charge. D'un autre côté, ils n'ajoutent généralement pas à la précision de positionnement du moteur pas à pas. Le micropas est voué à semer la confusion. Cet article est dédié à clarifier un peu cela et - comme il s'agit d'une question très dépendante du pilote - je comparerai également les capacités de micropas des pilotes de moteur A4988, DRV8825 et TB6560AHQ couramment utilisés.

Dans un moteur pas à pas hybride, un pilote de moteur compatible micropas ajustera le courant dans les bobines du stator pour positionner le rotor à aimant permanent dans une position intermédiaire entre deux pas complets ultérieurs. Un pas complet est ensuite divisé en un certain nombre de micropas, et chaque micropas est réalisé par les deux courants de bobine.

De nombreux pilotes de moteurs industriels plus anciens ne comportent que 4 micropas (mode quart de pas), mais aujourd'hui, on trouve couramment 16, 32 et même 256 micropas par pas complet. Si nous avions auparavant un moteur pas à pas de 200 pas par tour, nous avons maintenant un miracle de 51 200 pas par tour. En théorie.

En pratique, nous avons toujours affaire à des pilotes en boucle ouverte, ce qui signifie que le pilote du moteur ne connaît pas la position angulaire exacte de l'arbre du moteur et ne corrige pas les écarts. La friction, le couple d'arrêt du moteur et, plus frappant encore, la charge externe qui agit sur le rotor passeront inaperçues pour le conducteur. Sans fermer la boucle via un encodeur et un pilote spécial plus sophistiqué, le mieux que nous puissions supposer est que le moteur sera quelque part à ± 2 pas complets (oui, c'est si mauvais) près de sa position cible, qui est la déviation maximale avant le rotor. s'enclenche dans la mauvaise position de pas complet, ce qui entraîne une perte de pas.

Le couple incrémentiel d’un micro-pas à l’autre n’est – régi par une trigonométrie impitoyable – qu’une fraction du couple dynamique du moteur. Pour garantir que l'arbre du moteur se règle réellement à +/- 1 micropas, nous devons également réduire la charge en conséquence. Le dépassement de ce couple incrémentiel plus petit n'entraînera pas de perte de pas, mais entraînera la même erreur de positionnement absolue pouvant atteindre ± 2 pas complets. Le tableau ci-dessous montre la relation dévastatrice.

Source : Note technique du moteur pas à pas : Mythes et réalités du micropas par Micromo

La bonne nouvelle est que tant que nous utilisons un pilote de moteur suffisamment puissant et si nous ne dépassons pas ce couple incrémentiel, que ce soit via une charge externe ou l'inertie interne du moteur, la seule limite théorique pour atteindre une précision de positionnement micropas est le frottement interne et le couple de détente du moteur. Ces valeurs dépendent fortement du type de moteur, mais sont généralement des valeurs plutôt faibles (presque négligeables). Par exemple, le moteur utilisé dans le test suivant est spécifié avec un couple de détente de 200 g·cm. Cela ne représente que 5 % de son couple de maintien de 4 000 g/cm. Selon le tableau ci-dessus, ce moteur devrait être capable d'effectuer un positionnement précis avec 16 micropas par pilote pas à pas.