Шаговый генератор на STM32 (STEP/DIR/ENBL)

[MX_Master]

тема очень интересная но я к моему глубокому сожалению мало, что понимаю
но читая аналогичные темы была сказано (не мною), что основная проблема S образной кривой разгона это в текущий момент просчитать конечную точку остановки ...

Мой последний пример с графиком как раз может это просчитать

[michael-yurov]

Работа, требуемая для преодоления как сопротивления воздуха при падении, так и сил трения в станке так-же не зависит от времени...

Я и не говорил про силы трения.
Я говорил, про пружинящие свойства перемещаемых деталей станка.
Когда станок абсолютно жесткий - никаких проблем нет, можно применить математику равноускоренного движения сферического килограмма в вакууме.
Но когда мы используем реальные конструкции - все они изгибаются, искривляются, вибрируют, резонируют...

Почему автомобили (пусть это будут электромобили) не движутся равноускорено по трапецеидальному графику? Потому что пассажиров болтает в салоне, нагрузка на механику возрастает и т.п.
По той же причине приличные лифты движутся по графику S-кривой, а не по трапецеидальному. И, зачастую они намного более быстрые, чем дешевые. И даже в дешевых есть демпферы и ступенчатое изменение мощности на старте и остановке.
А трясти груз/людей при скачках ускорения - лишние потери энергии.

[Serg]

а можно математическое/физическое обоснование, хотя бы и "на пальцах"? только про темные силы инерции не забудь...

Да без проблем: Я уже выше приводил формулу, по которой можно вычислить работу, необходимую на разгон тела со скорости V1 до скорости V2 - она показывает, что это работа не зависит от времени, т.е. не зависит от ускорения. А вот необходимая мощность (привода) зависит от ускорения: мощность - это работа в единицу времени, посему чем быстрее потребуется достичь скорости V2 (больше ускорение), тем больше потребуется для этого мощность. Или обратный вывод: при некоторой постоянной мощности P можно получить некоторую постоянную величину работы в единицу времени (W = P*t), т.е. некоторую постоянную величину ускорения для одной и той-же массы. Отсюда следствие: никакими хитрыми изменениями ускорения превысить максимально возможное ускорение не получится. Это можно сделать только уменьшая массу тела или увеличивая мощность.

Ах, да, про инерцию: работа, затрачиваемая на изменение скорости тела собственно и тратится на преодоление инерции этого тела.

Я говорил, про пружинящие свойства перемещаемых деталей станка.
Когда станок абсолютно жесткий - никаких проблем нет, можно применить математику равноускоренного движения сферического килограмма в вакууме.
Но когда мы используем реальные конструкции - все они изгибаются, искривляются, вибрируют, резонируют...

Вот и ты про инерцию...

Почему автомобили (пусть это будут электромобили) не движутся равноускорено по трапецеидальному графику? Потому что пассажиров болтает в салоне, нагрузка на механику возрастает и т.п.

потому и не движутся, что людей болтает. А если и движутся (ибо могут - мощность позволяет), то люди внутри сразу начинают кричать "Поаккуратнее, не дрова везёшь!".

По той же причине приличные лифты движутся по графику S-кривой, а не по трапецеидальному. И, зачастую они намного более быстрые, чем дешевые. И даже в дешевых есть демпферы и ступенчатое изменение мощности на старте и остановке.

Всё правильно. Только все эти ухищрения не для того, чтобы побыстрей доставить людей с этажа на этаж, а чтоб их не трясти сильно.

А трясти груз/людей при скачках ускорения - лишние потери энергии.

Если люди не запрыгивают на ходу в автомобиль, то его масса вместе с людьми не увеличивается, а значит затрачиваемая работа на разгон авто с людьми не меняется, я ж формулу выше приводил.
Потери энергии на что именно? Мне вот сразу вспоминается многим известная формула: E=mc², так вот согласно ей энергия не теряется, а очень даже наоборот: масса разгоняемого тела (авто с людьми) не меняется, а скорость растёт - следовательно и энергия тела увеличивается. Это хорошо заметно на практике, когда едущий авто пытается передать свою энергию какому-нибудь столбу - чем быстрее едет авто, тем больше энергии он пытается передать.

[michael-yurov]

Потери энергии на что именно?

Когда людей сильно трясешь - они гнутся и мнутся. Неупругие деформации приводят к преобразованию энергии в тепловую.

Но, применительно к станкам - деформации в большинстве своем упругие, а это приводит к ненужным вибрациям и неравномерному ускорению при постоянном усилии привода,
либо, к непостоянной нагрузке на привод, если он старается обеспечить постоянное ускорение.

[Serg]

Когда людей сильно трясешь - они гнутся и мнутся. Неупругие деформации приводят к преобразованию энергии в тепловую.

Перераспределение энергии внутри тела роли не играет - от этого ни масса тела, ни скорость не меняются.

Но, применительно к станкам - деформации в большинстве своем упругие, а это приводит к ненужным вибрациям и неравномерному ускорению при постоянном усилии привода,
либо, к непостоянной нагрузке на привод, если он старается обеспечить постоянное ускорение.

Полностью согласен.
Я несогласен только с одним - с тем, что разгон по S-кривой позволит разогнать тело быстрее, чем постоянное максимальное ускорение.

[Сергей Саныч]

Мне вот сразу вспоминается многим известная формула: E=mc²

(для просмотра содержимого нажмите на ссылку)

"Площадь круга. Площадь круга. Два пи эр" ©какой-то поэт.

Не, я понимаю, что известную формулу Эйнштейна "дезигнеры" рисуют везде, где хотят изобразить что-то относящееся к науке https://yandex.ru/images/search?text=e%20mc2
Но она про другое. А для наших приземленных случаев более подходит школьная Ek=(mv²)/2 .

[Сергей Саныч]

Перераспределение энергии внутри тела роли не играет - от этого ни масса тела, ни скорость не меняются.

Энергия, пошедшая на деформацию неупругого тела, поглотится. превратившись в тепловую. А абсолютно твердое тело не нагреется, и вся энергия, сообщенная ему, перейдет в кинетическую. Классическая задачка - как отличить вареное яйцо от сырого, не разбивая.
Как это соотнести с различными кривыми разгона, я спросонок не соображу , но как-то, наверно, связано.

[wldev]

Я несогласен только с одним - с тем, что разгон по S-кривой позволит разогнать тело быстрее, чем постоянное максимальное ускорение.

Да никто и не говорит что быстрее...

Просто ты отталкиваешься от двигателя что он может. А я отталкиваюсь от оси как её можно.
Вот у нас на работе станок для гибки проволоки. И у него рабочая консоль вращается серводвигателем. и там есть и скрутка вала и консоль с большим весом.
При работе по Tr его скорость не велика... (не потому что двигатель не может разогнать его быстро, может! там есть хор. запас раза в 1,5-2) просто будут вибрации после остановки и в начале движения.
А при S он работает плавно и без вибраций. и может развивать большую скорость. (как на видео со стаканом). + плюс экономия ресурса и э/э.

[michael-yurov]

Перераспределение энергии внутри тела роли не играет - от этого ни масса тела, ни скорость не меняются.

Ну она же была кинетической, а стала тепловой, т.е. часть кинетической энергии мы потеряли. Ну или не вся работа пошла на изменение кинетической энергии, что говорит о том что приводу пришлось совершить больше работы, чем рассчитывали. Т.е. нагрузка на привод все же была в какие-то моменты немного больше расчетной.

[michael-yurov]

Я несогласен только с одним - с тем, что разгон по S-кривой позволит разогнать тело быстрее, чем постоянное максимальное ускорение.

Все же пример с быстрыми и медленными лифтами говорит о том, что "не все так однозначно"©.
Хотя, тоже считаю, что S-кривая и в теории и на практике может привести к ощутимому замедлению работы.

[Serg]

Но она про другое. А для наших приземленных случаев более подходит школьная Ek=(mv²)/2 .

О да! Это даёт серёзную разницу! В моём случае энергия тела не менятеся, а в твоём она не меняется вдвое меньше.

Энергия, пошедшая на деформацию неупругого тела, поглотится. превратившись в тепловую. А абсолютно твердое тело не нагреется, и вся энергия, сообщенная ему, перейдет в кинетическую.

А можешь взять для примера любой известный станок, подставить его данные в соотв. формулы и посчитать какое именно количество энергии (работы, совершаемой приводом) перейдёт в тепло? Можно в процентах.

Классическая задачка - как отличить вареное яйцо от сырого, не разбивая.

Если сырое яйцо продолжать крутить, то оно таки раскрутится или сварится?..

Да никто и не говорит что быстрее...

В этой теме как минимум трое высказали такую мысль...

При работе по Tr его скорость не велика... (не потому что двигатель не может разогнать его быстро, может! там есть хор. запас раза в 1,5-2) просто будут вибрации после остановки и в начале движения.
А при S он работает плавно и без вибраций. и может развивать большую скорость. (как на видео со стаканом). + плюс экономия ресурса и э/э.

Т.е. за счёт увеличения времени разгона и торможения, т.е. уменьшения итогового ускорения.

Ну она же была кинетической, а стала тепловой, т.е. часть кинетической энергии мы потеряли. Ну или не вся работа пошла на изменение кинетической энергии, что говорит о том что приводу пришлось совершить больше работы, чем рассчитывали. Т.е. нагрузка на привод все же была в какие-то моменты немного больше расчетной.

Всё правильно - ты говоришь, что при разгоне/торможении привод не может превысить свои максимальные возможности в начале и в конце траектории разгона/торможения, а я говорю, что и в середине траектории тоже не может.

Все же пример с быстрыми и медленными лифтами говорит о том, что "не все так однозначно"©.

Там всё однозначно: либо везём пассажиров медленно (с небольшим ускорением), либо после каждой поездки отмываем лифт от расплющенных пассажиров. Причём совершенно не важно когда их расплющит - в начале, в конце или в середине разгона/торможения.

[Сергей Саныч]

О да! Это даёт серёзную разницу! В моём случае энергия тела не менятеся, а в твоём она не меняется вдвое меньше.

я про то что там у вас с Эйнштейном скорость света стоит

Если сырое яйцо продолжать крутить, то оно таки раскрутится или сварится?..

Если крутить туда-сюда, то теоретически при должной теплоизоляции может и свариться

[Serg]

я про то что там у вас с Эйнштейном скорость света стоит

Не принципиально. Зато эту формулу больше народа знает.

Если крутить туда-сюда, то теоретически при должной теплоизоляции может и свариться

Тогда придётся в резонанс попадать, а это несколько другие принципы.

[MX_Master]

На днях навалилось много работы, даже посчитать вечером не было сил

Прикинул в воскресенье S-кривую из 3-х частей на целочисленной логике.. Сегодня подправил косяки (и добавил костыли). Длительность первого и последнего участков S-кривой можно указать в процентах. Среднему линейному участку достанется оставшееся время. Ниже несколько примеров. Серым цветом - обычное линейное ускорение. Синим - по S-кривой.

Исходник для SPEQMATH (для просмотра содержимого нажмите на ссылку)

Код: Выделить всё

' --- INIT PARAMETERS ---
freq 			= 5000; 	' steps/s, destination frequency
accel 		= 100000; 	' steps/s^2, max acceleration
S_start_percent	= 10; 	' %, s-curve start percent
S_end_percent	= 50; 	' %, s-curve end percent


' --- CALCULATED PARAMETERS ---
L_t = Floor( freq * 1000000 / accel ) ' microseconds to accelerate from 0 to freq (linear)
	L_t = 50000
S_start_t2 = Floor(L_t * S_start_percent / Floor(Sqrt(100^2 + S_start_percent^2)) )
	S_start_t2 = 5000
S_end_t1 = Floor(L_t * S_end_percent / Floor(Sqrt(100^2 + S_start_percent^2)) )
	S_end_t1 = 25000


' --- BASE FUNCTIONS ---
L_accel_func(t) = Floor(t * accel / 1000000);
L_accel_graph(t) = IIf( t < 0, 0, IIf( t < L_t, L_accel_func(t), freq));


' --- ADDITIONAL FUNCTIONS ---
S_start_t1 = Floor( Sqrt(S_start_t2^2 + L_accel_func(S_start_t2)^2) );
S_start_SIN = Floor( 2^20 * L_accel_func(S_start_t2) / S_start_t1 );
S_start_R = Floor( 2^20 * (S_start_t1 + S_start_t2) / S_start_SIN );
S_start_func(t) = -Floor(Sqrt(S_start_R^2 - t^2)) + S_start_R;

S_middle_func(t) = Floor((t - S_start_t1) * accel / 1000000);

S_end_t2 = Floor( Sqrt(S_end_t1^2 + L_accel_func(S_end_t1)^2) );
S_end_SIN = Floor( 2^20 * L_accel_func(S_end_t2) / S_end_t1 );
S_end_R = Floor( 2^20 * (S_end_t1 + S_end_t2) / S_end_SIN );
S_end_func(t) = Floor(Sqrt(S_end_R^2 - (t - L_t - S_start_t1 - S_end_t2)^2)) - S_end_R + freq;

S_t = S_start_t1 + L_t + S_end_t2 ' microseconds to accelerate from 0 to freq (S-curve)
	S_t = 80148

S_accel_graph(t) = IIf( t < 0, 0, IIf( t < S_start_t1 + S_start_t2, S_start_func(t), IIf( t < L_t + S_start_t1 - S_end_t1, S_middle_func(t), IIf( t < L_t + S_start_t1 + S_end_t2, S_end_func(t), freq ) ) ) );


' --- PLOT ---
' settings
Title 	= frequency acceleration;
LegendPos 	= BottomRight;
xLabel	= time, us;
yLabel	= frequency, steps/s;
' output
Plot( L_accel_graph(t), Legend=Linear    0% : 100% :  0%, Color=RGB(200,200,200), Width=8, xMin=-0.2*L_t,xMax=1.2*(L_t+S_start_t1+S_end_t2),yMin=-0.1*freq,yMax=1.1*freq);
Plot( S_accel_graph(t), Legend=S-curve  10% :  40% : 50%, Color=Blue, Width=2 );
'Plot( S_start_func(t), Legend=S start func, Color=RGB(255,0,0), Width=1 );
'Plot( S_middle_func(t), Legend=S middle func, Color=RGB(0,255,0), Width=1 );
'Plot( S_end_func(t), Legend=S end func, Color=RGB(0,0,255), Width=1 );

10%, 10%

60%, 20%

20%, 20%

10%, 50%

[Hanter]

Михаил - а есть ли смысл указывать отдельно параметры для начального и конечного участка переходов ??? ведь чисто по логике вещей они ну не должны быть разными..

[MX_Master]

Михаил - а есть ли смысл указывать отдельно параметры для начального и конечного участка переходов ??? ведь чисто по логике вещей они ну не должны быть разными..

Для горизонтальных осей - да. А вот с тяжёлой вертикальной осью не так всё однозначно.

В идеале надо сделать настройки начала и конца для каждой оси и еще для направления каждой оси.

[slavik]

Тема очень интересная, особенно с ускорением по S кривой. Но вот такой вопрос у меня (возможно я чего то недопонимаю):

Я год назад решил сделать отдельный контролер на STM32F407VET6 и столкнулся с тем, что artcam выгружает рельефы в линейной интерполяции (куча отдельных команд в G кодах с мелким шагом) - получалось так, что станок не успевая разогнаться на одной команде начинал тормозить и следом начиналась новая команда. Таким образом станок двигался на низкой скорости, не успевая разогнаться. Терялась скорость обработки увеличивались станкочасы.

Пришлось внутри реализовать конвейер команд G кода, где анализировалось движение на четыре команды вперед, и станок мог разгонятся до полной скорости планируя ускорение и торможение в будущем. Удалось добиться увеличения обработки скорости в два раза.

И вот я так и не придумал как это можно реализовать, если разделить задачи на несколько контролеров. (только если вводить дополнительные команды G кода)

Недавно пришел мне станок из Китая на PCI плате PCIMC-3D и ncstudio 5.5.6 Там так же нет реализации разгона до полной мощности.

[Сергей Саныч]

Пользуйтесь программами управления, где есть развитый планировщик траектории (Mach, LinuxCNC...). А если есть огромное желание, можно попробовать разобраться в коде планировщика LinuxCNC (код открытый) и попытаться сделать что-то подобное на ваших МК.

[MX_Master]

Я год назад решил сделать отдельный контролер на STM32F407VET6 и столкнулся с тем, что artcam выгружает рельефы в линейной интерполяции (куча отдельных команд в G кодах с мелким шагом) - получалось так, что станок не успевая разогнаться на одной команде начинал тормозить и следом начиналась новая команда. Таким образом станок двигался на низкой скорости, не успевая разогнаться. Терялась скорость обработки увеличивались станкочасы.

Пришлось внутри реализовать конвейер команд G кода, где анализировалось движение на четыре команды вперед, и станок мог разгонятся до полной скорости планируя ускорение и торможение в будущем. Удалось добиться увеличения обработки скорости в два раза.

И вот я так и не придумал как это можно реализовать, если разделить задачи на несколько контролеров. (только если вводить дополнительные команды G кода)

4 кадра предпросмотра траектории для планировщика хоть и достаточно, но мало. А налету парсить мелкозернистый gcode и тут же выполнять его - это ужас.

В идеале gcode файл должен быть на SD карте и, до начала работы УП, этот файл нужно переварить в другой файл с компактным байт кодом. С этим байт кодом и будет работать планировщик во время выполнения УП. Т.к. парсить gcode налету будет не надо, планировщик сможет заглядывать в траекторию дальше чем на 4 кадра. Например, на 100-200 кадров. Соответственно, сможет выполнить УП без лишних задержек.

Пользуйтесь программами управления, где есть развитый планировщик траектории (Mach, LinuxCNC...). А если есть огромное желание, можно попробовать разобраться в коде планировщика LinuxCNC (код открытый) и попытаться сделать что-то подобное на ваших МК.

Лично я пойду своим путём. Работа с МК напрямую немного отличается от работы программ в операционной системе.

[aftaev]

Пришлось внутри реализовать конвейер команд G кода, где анализировалось движение на четыре команды вперед, и станок мог разгонятся до полной скорости планируя ускорение и торможение в будущем.

Называется это Look ahead во всех нормальных ЧПУ есть, некоторые умеют "просматривать" код на заданное кол-во.