De la précision des moteurs pas à pas

[DBlatte 7]

Bonsoir,

Il y a quelques années, j'ai motorisé mon eq3-2 via un Picastro, en vue de faire de la photo avec une lunette Orion 80, sans guidage dans un premier temps. Après un certain nombre de faux-contacts, de nouveaux-nés, de travaux dans la maison ... le tout s'est endormi à la cave dans un carton.

J'ai ressorti le carton il y a un an, et effectué plusieurs modifications. En particulier j'ai mis le moteur pas à pas en prise directe sur la VSF, après avoir vu que mes courroies crantées généraient un bruit non négligeable à chaque changement de dent, et trop rapide pour être corrigé par le suivi.

Après de nombreux efforts pour faire tourner très régulièrement et très lentement mon moteur pas-à-pas bipolaire - 400 pas par tour, précis à 5%, selon la datasheet - j'ai constaté que les pas étaient finalement peu précis. En mesurant sur un tour complet le déplacement angulaire du moteur pour chaque demi-pas, voici le graphe obtenu :

[Bon, j'arrive pas à mettre une image. Puniaise, c'est humiliant !]

Bref, sur ce graphe vous auriez pu voir que chaque si chaque suite de 4 pas a globalement une amplitude régulière, par contre l'amplitude de chaque demi pas est très irrégulière, les écarts allant de -20% à +30 % par rapport à l'angle théorique, et les rapports des demi-pas entre eux varient en fonction de la position du rotor. Du coup les étoiles se transforment en petits traits.

En démontant le moteur pas à pas, qui l'a bien mérité le bougre, l'explication est évidente : le décalage entre les rainures du rotor n'est pas d'exactement une demi-dent, et pas régulier sur toutes les parties du rotor. Un deuxième moteur de la même origine (site de vente de composants électronique), qui commandait l'axe DEC, présente les mêmes défauts.

Au fil de mes lectures sur le web et de mes tests, j'ai bien compris que :
1) Le moteur parfait n'existe pas, encore moins à 15 €,
2) Même si le moteur avait un positionnement parfait, le monter en direct sur la roue/VSF de l'EQ3-2 (130 dents) nécessite beaucoup de micropas pour un suivi lisse, et que le couple du moteur risque d'être insuffisant pour cela (c'est le cas de mes moteurs actuels)
3) Que la solution classique consiste à mettre un réducteur pour récupérer du couple et gommer les irrégularités du moteur

Je sais. Néanmoins, j'ai quand même envie de continuer à chercher. Eh oui, il fait froid dehors la nuit ... au final, peut-être que je préfère bricoler dans ma cave. En plus le banc d'essai est opérationnel, il faut en profiter.

J'en viens donc à mes questions :
- Quelqu'un ici a t-il déjà effectué ce genre de mesures ou constaté ce genre de défauts ?
- Où acheter ses moteurs pour avoir une qualité plus constante du point de vue de la précision des micropas ?

J'ai demandé à Nanotec, mais ils ne vendent pas en direct. AstroElectronic propose divers modèles, mais je ne suis pas certain qu'ils aient été testés sur le critère qui m'intéresse.

Merci de votre attention !

Christophe

[Chris277 645]

bonsoir Christophe, http://www.astro-electronic.de/mikro.htm
j'ai trouvé ce lien sur la page du MCMTII, des tests intéressants qui te montrent le comportements de divers moteurs.
Christophe

[patry 2036]

Je n'ai jamais démonté le moteur pas à pas que j'ai utilisé dans mon C8 mais je n'ai pas non plus cherché à faire de l'entrainement direct (AD de 359 dents, moteur 400pas), le couple étant trop insuffisant passé le 1/2 pas. Du coup je le pilote au 1/4 de pas avec un réducteur 1:15 à 100Hz.
On peut augmenter les micro pas (1/4, 1/8, ... 1/32e) mais on fini par refaire un moteur synchrone à ce train là.

Du coup je n'ai pas expérimenté la précision mécanique du moteur. Par contre vouloir faire du "direct drive" avec un axe d'AD aussi faible c'est quasi impossible à mon avis : pour maintenir une vitesse sidérale il faut que le moteur fasse un tour toutes les 662" (86164/130 dents) et donc faire un pas toutes les 662"/400 = 1,657".
Même au demi pas (dernier espoir de pouvoir maintenir une position stable) ce sera trop long (0,82") car dans cet intervalle, une étoile a le temps de parcourir 12 secondes d'arc et c'est encore beaucoup trop long à mon avis.

[Pascal C03 4246]

J'ai acheté des moteurs pap chez nanotec en passant par mon employeur, l'université...
Trouve un prof près de chez toi ou dans ton entourage qui veut bien faire la démarche de faire passer une commande par son établissement...

[silicium81 9]

Nanotec est apparemment distribué chez Farnell: http://fr.farnell.com/nanotec/st5709s1208-b/moteur-pas-a-pas-0-9deg-2-phases/dp/4743155

ou pour tous les modèles, chercher nanotec dans la barre de recherche du site.

Les particuliers peuvent commander, il suffit de créer un compte.

[Ce message a été modifié par silicium81 (Édité le 15-11-2016).]

[Ce message a été modifié par silicium81 (Édité le 15-11-2016).]

[amateurAstro64 326]

bonjour

je travaille avec des moteurs 200 pas NEMA14 unipolaires à 20 euros achetés à GOTRONIC (moteurs chinois je suppose) et je n'ai pas de soucis particulier au niveau précision,

stef

[DBlatte 7]

Bonsoir,

Merci à tous pour vos réponses.

@Chris277 : merci pour le lien vers les tests d'astro-electronic, c'est le type d'information que je cherchais pour avoir une mesure concrète de la régularité des pas, et cela me rassure sur le fait qu'acheter un de ces moteurs me sera utile.

@patry : de fait je suppose que je vais finir par mettre un réducteur ...

Si un jour j'arrive à poster des images, je vous mettrai un comparatif des différents moteurs.

[PETIT OURS 25321]

tu vas là par exemple http://fr.tinypic.com/
tu choisis ton image sur ton pc
tu cliques sur télécharger
tu copies le code
et tu choisis la seconde ligne

[Ce message a été modifié par PETIT OURS (Édité le 16-11-2016).]

[PETIT OURS 25321]

http://www.astrosurf.com/cgi-ubb/forumdisplay.cgi?action=topics&forum=Tests&number=8&DaysPrune=365&LastLogin=

[amateurAstro64 326]

Bonjour Christophe,

je remonte ton post pour t'informer que je suis actuellement en train de faire ces mesures, par le biais d'une NEQ32 justement, ainsi que d'une VIXEN GP.

Ma méthodologie est la suivante et n'est pas la même que celle du site http://www.astro-electronic.de/mikro.htm (mesures basées sur un encodeur) :

Si on considère que c'est justement le mouvement du ciel qui permet d'avoir une horloge de référence extrêmement précise pour les vitesses (en tant que dérivée de la position), alors il suffit de se caler sur cette vitesse, de comparer et de différencier (au sens mathématique)

1 - j'effectue donc une analyse fine et poussée de l'EP de mes montures (en cours)

c'est la partie la plus ardue car il faut une EP de référence, qui dans l'idéal, soit assez régulière, bref que la partie "aléatoire" FFT soit minime,

hors cette EP de référence, c'est bien connu, dépend des montures et dépend de la partie dentée elle même, l'idéal est d'avoir quelque chose de reproductible (même EP sur plusieurs rotations de vis sans fin)

2 - j'attaque un suivi équatorial avec dans l'idéal plusieurs niveaux de réductions en sortie de moteur, je considère à ce niveau que mettre en mode micro-pas constitue un niveau de réduction, sachant que la FFT est parfaitement prédictible pour une éventuelle oscillation de la linéarité en mode micro -pas

en gros, je veux dire que lors de l'analyse de l'EP , on devrait retrouver une "raie fréquentielle" précise correspondant à la mise sous micro-pas (en effet c'est totalement déterministe : cette "erreur" oscille autour de la période du pas ou du demi-pas dans ton cas)

3 - je compare le spectre de fréquence entre les différentes EP et tire les conclusions,

Cela prend énormément de temps, mais c'est intéressant, car cela permet de valider "par le ciel" la précision d'un système, quel qu'il soit (mécanique, informatique, électronique..)

j'en profite également pour mesurer la précision du système temps réel sur lequel je travaille (voir s'il dérive avec la température, si les latences et interruptions sont correctement pris en compte par l'ordonnanceur linux, etc..)

Par exemple, je sais qu'un linux temps réel est largement plus précis que l'EP d'une monture (testé et vérifié sur une période de trente minutes environ)

rien de nouveau mais intéressant à tester et à mettre en oeuvre soi-même, afin d'en tirer la conclusion finale suivante :

- est-ce que le direct drive en mode micro-pas est finalement réalisable à partir d'un moteur pas trop cher du commerce ?

- est-ce que l'autoguidage peut se faire de manière déterministe sans asservissement ?

- est-ce qu'on peut finalement et dans des limites acceptables, se passer de l'autoguidage ?

A ces questions, tout le monde va répondre "impossible", mais c'est intéressant de "mettre la main dans le cambouis",

stef

[Pascal C03 4246]

Tu devrais contacter Pierro Astro...
Lui a développé une appli sur PC pour avoir un mouvement d'étoile virtuelle sur écran si je me rappelle bien...
Cela permet de s’affranchir de la turbu, de la réfraction et de faire ça de jour... C'est comme cela qu'il teste ses montures mais notre conversation téléphonique remonte à 3 ans déjà...

[jmpg86 44]

Juste pour info, Nanotec vend en direct.
http://en.nanotec.com/shopping-basket/your-shopping-basket/

[DBlatte 7]

Bonjour,

J'ai finalement un moteur Nanotec chez Farnell qui est arrivé hier (la commande directe sur le site Nanotec demande la saisie d'un n° de TVA ... je n'ai pas osé mettre celui de mon employeur ! ).

Je vais le tester dans les prochains jours et je vous partagerai le résultat, maintenant que j'ai le mode d'emploi pour mettre des images.

Mon système de mesure ne se base pas sur un montage équivalent à celui du site Astroelectronic (D'ailleurs j'aimerais bien savoir quel type de capteur de rotation est utilisé pour ce montage).

Pour faire mes mesures, grosso modo, je fais tourner une mire directement sur l'axe de mon moteur pas à pas, et j'en prends des images via mon système de suivi (chercheur orion + webcam ZWO), à partir desquelles je calcule ensuite le déplacement - c'est exactement comme pour un programme d'autoguidage, sauf que le suivi se fait avec des points noirs sur un fond blanc ... La précision est correcte.

Une question : le terme "direct-drive" n'est-il pas réservé aux montages avec le moteur directement sur l'axe AD ? Mes tests sont moins ambitieux, ce n'est que du "direct-VSF-drive".

A bientôt avec des résultats de test.

Christophe

[PETIT OURS 25321]

salut
et pour poster une image, c'est ok?

[Mala 2]

Bonjour Christophe.

Une discussion intéressante que je vais essayer de suivre. Dommage qu'on a pas les notifications automatiques sur le forum.

Je serais curieux de voir ton montage en photo à l'occasion pour comprendre le principe de fonctionnement de ton système de mire pour tes mesures.

Au passage, n'hésite pas à contacter Astroelectronic. J'avais échangé avec lui il y a quelques années lorsque j'avais conçu une interface graphique sur Mac pour le paramétrage de mon FS-2. Le gars est très sympathique. Je pense qu'il te passera sans souci la référence de l'encodeur qu'il utilise.

[Mala 2]

>> Bref, sur ce graphe vous auriez pu voir que chaque si chaque suite de 4 pas a globalement une amplitude régulière, par contre l'amplitude de chaque demi pas est très irrégulière, les écarts allant de -20% à +30 % par rapport à l'angle théorique, et les rapports des demi-pas entre eux varient en fonction de la position du rotor. Du coup les étoiles se transforment en petits traits.

Je rebondis au passage sur ton premier post. C'est une mesure faite avec le Picastro niveau électronique de commande?

[DBlatte 7]

Je teste juste l'affichage d'une image.

Si l'image s'affiche vraiment, pour les curieux, elle représente une mesure de la DDP aux bornes d'un circuit du moteur pas à pas quand on passe le L298 du MotorShield d'un état ENABLE à DISABLE. Les mesures sont faites via la fonction AnalogRead du Arduino.

On voit ce que je suppose être le passage sur les diodes de roue libre, quand la tension est la plus basse, et constante. Cette phase courte dure environ 700 µs. Ensuite je suppose que la ddp n'est plus suffisante pour que les diodes soient complètement passantes. On rentre alors dans un régime oscillatoire que je ne m'explique pas clairement. Si quelqu'un sait dire ce qui s'y passe, je suis preneur.

[DBlatte 7]

Bonsoir,

Plus de précisions sur mon dispositif de mesures :

A un bout du garage, on trouve le moteur pas à pas (Nanotec ST5709S1208, 400 pas par tour, couple max environ 1 Nm), sur lequel est fixé une petite mire en papier. Le moteur est alimenté par un Arduino Motorshield, commandé par un Arduino Mega, pour faire des déplacements glisser en douceur d'un demi pas à un autre toutes les 8 secondes. Le "en douceur", via des micropas, a son importance pour éviter les vibrations du système.

Comme vous pouvez le constater, que de la technologie de pointe, montée avec soin.
(@PETIT OURS : merci de ton aide pour l'affichage des images)

A noter que je n'utilise plus d'élément provenant du Picastro (J'en profite pour saluer le Picastro et ses créateurs, qui m'ont donné l'envie de démarrer ce projet, et les bases pour le réaliser).

A l'autre bout du garage, un "chercheur/lunette guide" Orion, de focale 180mm de mémoire, avec une caméra ZWO. Une capture d'image toutes les secondes enregistre les déplacements de la mire. Quand tout va bien on a 4 à 5 mesures exploitables pour chaque demi pas.

Par la suite, un programme analyse les images et détecte le déplacement d'un point noir de la mire. Si les conditions d'éclairage sont correctes et la mise au point bien faite, la précision de détection est d'environ +/-0,025 pixel. Le déplacement de la mire lors d'un mouvement d'1/2 pas est lui de 2,6 pixels en moyenne.

Une première mesure de la régularité des pas du moteur sur 1/2 tour du moteur donne les résultats suivants :

1) Si on examine 8 demi pas consécutifs, ils ne sont pas tous égaux. Les écarts au déplacement moyen attendu pour un demi pas sont dans une fourchette +/-7% . C'est bien mieux que mon précédent moteur sans marque, mais si je monte directement ce nouveau moteur sur ma VSF qui a un rapport de réduction de 130, j'ai potentiellement d'un demi pas à l'autre une erreur de +/- 0,84 arcsec : même avec ma lunette de 600mm ça va probablement se voir.

2) Par contre ... si on regarde les tous les 1/2 pas qui vont ensemble (qui correspondent à la même configuration d'alimentation du moteur) on constate qu'ils sont beaucoup plus homogènes. C'est ce que je représente sur le graphe ci-dessous, qui n'a enregistré qu'un peu plus d'un demi tour du moteur avant que la manip ne se plante.

En pratique, l'écart-type des mesures correspondant à un même demi-pas est de l'ordre à mon erreur de mesure. C'est une bonne nouvelle, car il est simple dans la commande du moteur de prendre en compte des coefficients de correction pour chaque demi-pas.

Ce qui n'était pas possible avec mon moteur précédent dont le profil était le suivant :

Donc, au boulot : 1) Finir la mesure du Nanotec sur un tour complet et 2) faire une commande du moteur qui tienne compte de la différence entre les pas. Puis 3) La tester avec un couple résistant.

[DBlatte 7]

En relisant je vois que le titre du dernier graphe est faux, il s'agit de "460 pas", et non demi-pas. Soit un peu plus d'un tour complet du moteur.

[PETIT OURS 25321]

c'est un travail d'équipe, et bravo à toi, surtout

[Pascal C03 4246]

Bonsoir, quand j'aurais enfin terminé les pièces d'adaptation entre les nanotech et les vis sf de ma g11, je sais à qui je pourrais m'adresser!
La réduction est de 1/720 (ou 1/360... j'ai un doute!) ce qui est mieux pour la précision puisque que pour la même imprécision sur le moteur je n'aurais plus que +/- 0.28" arc toutes choses égales par ailleurs...

[Mala 2]

Très astucieux! Bravo!

[amateurAstro64 326]

salut !

très intéressant ces mesures !!

A te lire, doit-on en conclure que l'erreur se répète au niveau de la séquence d'alimentation elle -même (séquence de 4 pour les pas entiers et de 8 pour les demi-pas) ? qu'elle est corrélée à la séquence ?

c'est curieux, cela semble donc exclure une erreur au niveau mécanique du rotor et donc induire plutôt une erreur au niveau des phases alimentantes (RLC de chaque bobine)

stef

[DBlatte 7]

Bonsoir,

@amateurAstro64 : je suis à peu près certain que cette erreur qui se répète tous les 8 demi pas est liée à la précision du décalage d' 1/2 pas entre les deux parties du rotor. La mesure des résistances/tensions/courants dans les phases ne montre pas de dissymétrie notable, alors que le rotor de mon moteur, il m'a suffit de le regarder une seconde pour voir que le décalage entre les dents est très mal fait.

J'ai pu continuer mes mesures sur le Nanotec (que je n'envisage pas de démonter, celui-là). J'ai dû corriger différents points de mon système de mesure pour en améliorer la précision, et au final :
- La précision sur la position des points de la mire est inférieure à +/- 0,02 pixel, ce qui représente à peu près 0,6% du déplacement d'un demi-pas,
- Les différents points de la mire donnent des résultats identiques à ce bruit de mesure près.

Du coup, je considère les mesures effectuées comme plutôt fiables (bref, j'y crois).

Le résultat sur un tour complet du moteur (Ce graphe montre les écarts au déplacement moyen attendu pour un demi-pas. L'écart-type de cette série de mesure est de 3%) :

8 demi-pas consécutifs présentent en moyenne les écarts suivants au demi-pas moyen : 4,9% / -4,5% / 2,0% / -3,5% / -1,6% / -0,2% / 1,2% / 0,4% . Pour chaque demi-pas considéré isolément, l'écart-type sur l'amplitude des déplacements mesurés est compris entre 0,8% et 1%.

Un pilotage de la rotation du moteur qui prendrait en compte des coefficients de correction pour chaque demi-pas pourrait donc fournir un déplacement assez régulier. Avec mon eq3-2 (rapport de réduction roue-VSF=130), un demi-pas du moteur correspond à 12,5 arcsec. 1% => 0,125 arcsec - mais c'est un écart-type, l'amplitude réelle des variations sera plus élevée.

Dernier point : pour chaque demi-pas, l'écart à sa valeur moyenne évolue de façon sinusoïdale ... le graphe ci-dessous le montre bien, il représente les mesures sur 460 pas du moteur, soit un peu plus d'un tour. Il y a une courbe pour le suivi de chaque demi pas, chaque courbe est volontairement décalée de ses voisines pour que le graphe reste lisible.

En faisant le graphe du premier demi pas, j'ai pensé que j'avais un problème sur mon système de mesure : perpendicularité de la mire par rapport à la caméra, et/ou variation de la luminosité selon la position de la mire, qui produirait ce type de variation sur un tour.

Mais la fréquence de la sinusoïde ne confirme pas cette hypothèse : on voit nettement (?) pour chaque demi-pas deux périodes par tour de moteur, et un déphasage de 1/16 de tour par entre les demi-pas consécutifs. J'interprète cela comme une "preuve" que cette sinusoïde est une caractéristique du moteur et pas un artefact de mon système de mesure ou de l'alimentation. Par contre je ne saurais dire à quel défaut du moteur on peut l'attribuer : peut être à l'alignement des stries du rotor avec l'axe de rotation et avec les stries du stator ?

J'avoue que trouver une sinusoïde plutôt qu'une quelconque courbe pleine de bruit me rassure sur la précision des mesures que je vous présente. Et on constate également que les écarts sont contenus dans un +/-2%.

Bon, maintenant que ces tests à vide sont terminés, je vais monter le moteur sur l'EQ3-2 chargée, et mesurer la régularité du suivi quand il y a un couple résistant et pleins de micropas... toujours en restant dans mon garage : dans le ciel les étoiles bougent trop pour ce genre de test (et dehors il fait super froid - et nuit en plus, même que ça fait hyper peur toute cette obscurité)!

christophe

[mala05 1082]

Je fais remonter un peu le topic histoire de voir les avancées. Des retours d'impression en charge?

Un article intéressant côté drivers…
http://hackaday.com/2016/08/29/how-accurate-is-microstepping-really/