Schrittmotor-Endstufen, die elektronische Maßnahmen ergreifen, um die physikalische Auflösung des Schrittmotors zu erhöhen, nennt man Mikroschritt-, Minischritt-, Feinschritt-Endstufen. Bei Phytron bedeutet dies, dass Endstufen bis zu 1/512 eines Vollschrittes noch auflösen können. Die einstellbare Auflösung erhöht sich also je nach Endstufentyp um den Faktor 2 bis 512. In Schritten pro Umdrehung bedeutet eine Auflösung von 1/512-Schritt bei einem 200-schrittigen Schrittmotor: 102400 Mikroschritte pro Motorumdrehung, oder 0,0035° an der Welle.
Vom Vollschritt ...
Bei einem 2-phasigen Schrittmotor wird im Vollschrittbetrieb exakt die physikalische Auflösung des Motors erreicht. Bei einem 200-schrittigen Motor bedeutet dies eine erzielbare Auflösung an der Motorwelle von 200 Schritten pro Umdrehung. Eine Vollschrittstellung des Rotors charakterisiert sich dadurch, dass beide Phasen 1 und 2 voll bestromt sind. Im Vollschrittbetrieb existieren nun ausschließlich Bestromungsmuster, in denen beide Phasen bestromt sind. Es ist also niemals nur eine Phase bestromt.
... zum Mikroschritt
Durch schaltungstechnische Maßnahmen läßt sich nun die physikalische, also auch Vollschrittauflösung, erhöhen. Erhöht man die Auflösung beispielsweise um den Faktor 2, so spricht man von Halbschrittbetrieb. Der 200-schrittige Motor kann nun also 400 Schritte an der Motorwelle auflösen. Neben dem Vorteil der Erhöhung der Schrittanzahl pro Umdrehung fördert diese Ansteuerung auch einen ruhigeren Motorlauf und reduziert das Resonanzverhalten, das im Vollschrittbetrieb am stärksten ausgeprägt ist. Erhöht man die Auflösung weiter, so spricht man von Viertelschritt, Achtelschritt, ... oder schlicht von Minischritt oder Mikroschritt.
Vorteile des Mikroschrittbetriebs:
Eine weitere Erhöhung der Auflösung bringt folgende Vorteile mit sich:
- Die erzielbare Auflösung erhöht sich
- Die Welligkeit des Drehmoments wird mit steigender Anzahl von Feinschritten immer geringer
- Durch den ruhigeren Betrieb erhöht sich gerade bei trockengeschmierten Kugellagern die Lifetime des Schrittmotors drastisch
- Resonanzen und Ausschwingerscheinungen werden deutlich reduziert; der Motor läuft praktisch resonanzfrei
- Die Motorgeräusche nehmen mit zunehmender Schrittauflösung ebenfalls ab
- Verbesserung des Drehmomentes durch weniger Energiedissipation wegen Schwingungen
Mikroschrittbetrieb vs. Auflösung:
Es ist jedoch zu beachten, dass das alleinige Einstellen einer hohen Auflösung nicht zwingend bedeutet, dass der angeschlossene Motor einen derart feinen Schritt auch tatsächlich ausführen kann. Interne Reibung, systematische Fehler, Toleranzen, inhomogene Fettverteilungen in den Kugellagern etc. können bewirken, dass der Rotor dem Ansteuersignal nicht folgen kann. Bis zu einer Auflösung von ca. 1/20-Schritt (reibungsfrei) spielen diese Effekte in der Regel keine wesentliche Rolle. Soll genauer als 1/20 eines Vollschritts, oder in Systemen mit hohen statischen Momenten positioniert werden, so empfiehlt es sich, den Regelkreis mit einem Encoder, Resolver oder einem adäquaten Messsystems zu schließen und die Ausführung der Mikroschritte zu erzwingen.
Lineare Endstufen erreichen in der Regel eine höhere Genauigkeit der Stromvorgaben als gechopperte Endstufen. Somit empfiehlt es sich, für Feinstpositionierungen eine lineare Endstufe und einen Schrittmotor mit Encoder/Resolversystem zu verwenden.
