Rôle et réglage des pilotes moteurs pas à pas (Partie 2)

Dans l'article précédent, que vous pouvez trouver ici, j'ai parlé de 2 méthodes que l'on pouvait utiliser pour le réglage des pilotes. Il m'a semblé intéressant de compléter ces informations en essayant de lever le voile sur leurs effets respectifs...

Régler les pilotes c’est important, mais pour y parvenir il faut d’abord connaitre leurs  caractéristiques, puis, une fois réglés, il est légitime de se demander quels résultats on peut en attendre. Il est utile aussi de savoir si la méthode empirique et théorique donnent les mêmes résultats.

Pour tenter de répondre à ces questions, j’ai effectué un relevé des couples moteurs et des températures pour chacune des 2 méthodes, en utilisant 7 pilotes et 6 moteurs différents.

Nota: les couples indiqués dans les caractéristiques constructeurs, indiquent la valeur de maintien généré quand les 2 bobines sont alimentées ensemble à 100%. Ce couple n'est qu'indicatif, car il ne correspond pas aux conditions réelles d'utilisation.

 

1) La première mesure concerne le couple de maintien généré par ces réglages sur chacun des moteurs. La méthode utilisée consiste à peser la masse limite qui peut être suspendue à 10cm de l'axe moteur à un bras équilibré positionné horizontalement. Ces valeurs, pour des raisons pratiques, ont été relevées avec une position du rotor indéfinie, seule l'horizontalité du bras de mesure à été prise en compte. Il en résulte un petit aléa des valeurs pouvant atteindre quelques Newtons, car le couple varie suivant que le moteur se situe sur un pas entier ou un pas intermédiaire. Pour visualiser cet écart, vous trouverez pour le courant maxi du pilote DRV8825 Pololu, une mesure des 2 extrêmes. L'écart moyen mesuré est d’environ 5N pour ce courant de 2,5A.

Concernant l'ensemble des tests, le couple moyen généré par le courant de référence est de 65,5% par rapport au couple indicatif, avec des écarts allant de 63,4% à 79,1%.


2) La seconde mesure concerne la température des moteurs. La valeur indique la plus élevée atteinte pendant une simulation d’impression d’au moins 10min. Le point de mesure se situe au milieu du moteur sur sa face supérieure, ce dernier étant fixé horizontalement sur une équerre métallique. Ces moteurs n’ayant pas été soumis à un couple, comme cela aurait été le cas en conditions réelles d’utilisation, les températures obtenues sont à considérer comme étant un seuil minimum.

La température ambiante pendant les mesures a été stabilisée à 21°.

La moyenne pour ces moteurs alimentés par un courant de référence est de 35,8°, avec des écarts allant de 25,2° à 58,4°.

3) La dernière mesure concerne la température des pilotes eux-mêmes. Celle-ci a été réalisée parallèlement à celle des moteurs. La sonde de relevé a été placée entre les ailettes, au fond des dissipateurs thermiques présents sur chaque pilote. Aucune ventilation n’a été utilisée.
Les températures ont été relevées dans des conditions optimales, car un seul pilote était présent sur la carte. De plus, l’ensemble étant posé sur une table, il n’a pas eu a souffrir d’un environnement confiné.

La moyenne des températures pour les pilotes alimentés par le courant de référence est de 77,7°, avec des écarts allant de 45° à 119,4°

---------


Dans un premier temps, les relevés ont permis de déterminer la puissance disponible pour chacun des pilotes. Ils se répartissent en 3 catégories théoriques de 1A, 2A et 2,5A. Par contre, la puissance maximum réellement délivrée est dépendante de leur conception, soit: 1,2A, 1,25, 2A, 2,2A, 2,5A et 2,75A. Ces mesures ont aussi permis de définir les ratios pour le calcul de la tension de réglage Vref parfois discutables.

 

Dès les premiers résultats, la réponse à la question d'une éventuelle différence entre les 2 techniques de réglage s'est imposée; il y en a effectivement une.

La méthode consistant à régler un pilote sur sa valeur Vref théorique donne des puissances plus réduites, mais assure des conditions sécuritaires aux composants.
La méthode « à l’oreille » elle, aboutit toujours au réglage de courant maximum. On obtient donc dans ce cas un plus grand couple, au prix d’une chauffe importante des pilotes. C'est aussi le cas pour les moteurs s'ils sont soumis à des tensions supérieures à leurs spécifications. Il convient donc de moduler ces réglages en fonction des besoins et des conditions d’utilisation, et de ne surtout pas hésiter à ventiler.

 

L'attrait d'avoir un couple important est légitime, mais, indépendamment des risques plus élevés de dysfonctionnements, le courant doit aussi être limité en fonction de la température des moteurs quand ceux-ci sont utilisés dans certaines conditions, même si elle ne dépasse pas les 80° (limite constructeurs). Un moteur fixé par exemple sur un élément en PLA doit avoir une température inférieure à 60° pour éviter le ramollissement du support. Il en va de même pour les moteurs utilisés pour l’entrainement en direct de la matière, car la température se propage au galet par l'axe moteur. Quand celui-ci avoisine la température de ramollissement du fil, l’extrusion risque d’être interrompue.
Pour les pilotes, la limite est dépendante de la capacité à réguler leur température. En cas de difficulté, il est préférable de choisir un pilote dont le courant limite est supérieur à la spécification du moteur pour moins le solliciter.

Il est intéressant aussi de choisir un pilote avec une puissance élevée quand celui-ci alimente 2 moteurs, comme c'est souvent le cas pour l'axe Z, faute d'emplacement disponible. Dans cette configuration le courant est divisé par 2, ce qui réduit le couple de chaque moteur.

 

À la lumière de ces tests, on peut considérer que la méthode de réglage des pilotes la plus performante est celle réalisée à « l’oreille » (elle permet d’obtenir une puissance maximum) dont le courant devra être réduit si la température des composants, et notamment du moteur, est trop élevée. Le contrôle de la température devant être réalisé dans la foulée, avec les moteurs sollicités en conditions réelles. 

La méthode théorique quant à elle, permet de déterminer le seuil minimum de réglage en dessous duquel il n’y a pas de réel intérêt à descendre. 

 

Pour conclure, avant la partie chiffrée présentée dans les tableaux, il ne faut pas voir dans ces données plus qu'une valeur informative, ces résultats étant liés aux éléments testés combinés à des moyens de mesures non étalonnés. Ils peuvent toutefois éclairer certains points pour aider à faire des choix techniques.

 


Informations sur les moteurs utilisés dans le test:

Référence moteur

Couple de référence

(Ncm)

Courant

nominal

(A)

Résistance

par phase

(ohm)

Tension

nominale

(V)

Nb de pas

par tour

Dimensions

(mm)

 17HS4401 40 1,7 1,5 2,55 200 42 x 42 x H40
42BYGH610P2 45 1,2 6 7,2 200 42 x 42 x H40
17HS16-2004S1 45 2 1,1 2,2 200 42 x 42 x H40
42BYGHW811 48 2,5 1,25 3,1 200 42 x 42 x H48
LD0-42STH47-1684A 50 1,68 1,65 2,8 200 42 x 42 x H48
17HS24-2104S 65 2,1 1,6 3,36 200 42 x 42 x H60

Pilote A4988 noir

Vref max mesuré: 1,2V

A maxi théorique: 1A

Vref = Amoteur

A maxi réel:1,2A

Sens de réglage: horaire => +

En vert: valeurs pour un courant correspondant à la spécification du moteur.

En jaune: valeurs pour le courant maximum.

En caractères gras: valeurs avec 2 moteurs branchés sur le même pilote (configuration souvent utilisée pour l'axe Z)

Moteur

Couple de

référence

(Ncm)

Courant

nominal

moteur

(A)

Vref

(V)

Couple

(Ncm)

Température

moteur

(C°)

Température

pilote

(C°)

 17HS4401 40 1,7  1,2 20,5 28,1 53,3
42BYGH610P2 45 1,2 1,2 37,2 39,5 54,6

42BYGH610P2

(Test avec 2 moteurs)

1,2 19,8 27,5 53,1
17HS16-2004S1 45 2 1,2 19 26,5 53,8
42BYGHW811 48 2,5 1,2 17,6 27 53
LD0-42STH47-1684A 50 1,68 1,2 23,8 27,2 53,8
17HS24-2104S 65 2,1 1,2 23,8 25,3 51,9

Pilote A4988 rouge

Vref max mesuré: 1,25V

A maxi théorique: 1A

Vref = Amoteur

A maxi réel:1,25A

Sens de réglage: horaire => +

En vert: valeurs pour un courant correspondant à la spécification du moteur.

En jaune: valeurs pour le courant maximum.

Moteur

Couple de référence

(Ncm)

Courant

nominal

moteur

(A)

Vref

(V)

Couple

(Ncm)

Température

moteur

(C°)

Température

pilote

(C°)

 17HS4401 40 1,7 1,25 20,8 26 58,3
42BYGH610P2 45 1,2 1,25 35,6 36,3 60
1,2 23,1 40,8 57,7
17HS16-2004S1 45 2 1,25 19,2 25,8 58,3
42BYGHW811 48 2,5 1,25 18,3 24,2 56
LD0-42STH47-1684A 50 1,68 1,25 23,2 26 59
17HS24-2104S 65 2,1 1,25 26,3 25,3 57,7

Pilote A4988 blanc

Vref max mesuré: 0,55V

A maxi théorique: 2A

Vref = Amoteur / 4

A maxi réel: 2,2A

Sens de réglage: horaire => +

En vert: valeurs pour un courant correspondant à la spécification du moteur.

En jaune: valeurs pour le courant maximum.

Moteur

Couple de

référence

(Ncm)

Courant

nominal

moteur

(A)

Vref

(V)

Couple

(Ncm)

Température

moteur

(C°)

Température

pilote

(C°)

 17HS4401  40  1,7   0,55 29,6 31,4 98,9
 0,43 23,7 29,1 60,5
42BYGH610P2  45  1,2   0,55 47,5 65,8 87,9
0,30 30,6 42,4 45,2
17HS16-2004S1  45  0,55 28,2 26,9 97,1
 0,50 24,9 25,2 80,6
42BYGHW811 48 2,5 0,55 28,2 26,8 98,7
LD0-42STH47-1684A 50  1,68  0,55 33,5 29,1 97,3
 0,42 27,8 25,3 62,1
17HS24-2104S 65 2,1 0,55 35,5 29,6 99,8

Pilote A4988 vert

Vref max mesuré: 1V

A maxi théorique: 2A

Vref = Amoteur / 2

A maxi réel: 2A (butée sur le potentiomètre)

Sens de réglage: horaire => +

En vert: valeurs pour un courant correspondant à la spécification du moteur.

En jaune: valeurs pour le courant maximum.

Moteur

Couple de

référence

(Ncm)

Courant

nominal

moteur

(A)

Vref

(V)

Couple

(Ncm)

Température

moteur

(C°)

Température

pilote

(C°)

 17HS4401  40  1,7   1 26 30,2 93,4
 0,85 22,8 31,6 69,3
42BYGH610P2  45  1,2   1  47,6 62,9 92,8
0,6 34,5 33,1 49,1
17HS16-2004S1 45 2 1 27,8 29,8 93,6
42BYGHW811 48 2,5  1 25,5 28,1 90,2
LD0-42STH47-1684A 50  1,68  1 33,8 32,1 95,1
 0,84 29 28,4 68,4
17HS24-2104S 65 2,1  1 36 29,9 93,5

Pilote DRV8825 (Pololu)

Vref max mesuré: 1,25V

A maxi théorique: 2,5A

Vref = Amoteur / 2

A maxi réel: 2,5A

Sens de réglage: horaire => -

En vert: valeurs pour un courant correspondant à la spécification du moteur.

En jaune: valeurs pour le courant maximum.

Sont indiquées aussi, pour le courant maxi, les 2 valeurs de couple maxi et mini générées en fonction de la position du rotor (sur un pas ou sur un pas intermédiaire) pour en visualiser l'impact.

Les températures des pilotes en orange représentent les valeurs au moment de la rupture de sécurité (rupture ≈113°, reprise ≈ 107°).

Pour les moteurs, la valeur en orange indique la température à laquelle le test a été arrêté pour éviter une dégradation.

Moteur

Couple de

référence

(Ncm)

Courant

nominal

moteur

(A)

Vref

(V)

Couple

(Ncm)

Température

moteur

(C°)

Température

pilote

(C°)

 17HS4401  40  1,7   1,25

40,2

36

40,1 113,3
0,85 27,4 40,5 66,4
42BYGH610P2  45  1,2   1,25

56

47,8

 88,5 84,4
0,6 38,4 41,6 48,3
17HS16-2004S1  45  1,25

38,2

33

36,5 112,5
 1 31,8 32,6 82,4
42BYGHW811 48 2,5 1,25

36,9

34,6

32,4 109,9
LD0-42STH47-1684A 50  1,68   1,25

48,7

41,2

42 113,3
 0,84 33,9 40,8 67,9
17HS24-2104S 65 2,1  1,25

50,2

46,8

33,8 112
1,05 44,3 37,7 88,4

Pilote DRV8825 (MKS)

Vref max mesuré: 0,8V

A maxi théorique: 2,5A

Vref = Amoteur / 2 (modifié à Amoteur / 2,75 pour correspondre au réel)

A maxi réel: 2,2A

Sens de réglage: horaire => +

Le calcul théorique de Vref ne correspond pas à un ratio de 1/2 pour lesquels les mesures indiquent des courants plus faibles. Il a été fixé à 1/2,75 pour avoir des valeurs cohérentes (Le Vref maxi mesuré est de 0,8 => 0,8 x 2 = 1,6A , alors que le pilote délivre plus de 2A).

 

En vert: valeurs pour un courant correspondant à la spécification du moteur.

En jaune: valeurs pour le courant maximum.

La valeur en orange indique la température à laquelle le test a été arrêté pour éviter une dégradation.

Moteur

Couple de

référence

(Ncm)

Courant

nominal

moteur

(A)

Vref

(V)

Couple

(Ncm)

Température

moteur

(C°)

Température

pilote

(C°)

 17HS4401  40  1,7  0,8 34,6 47,7 87
0,62 28,7 45,5 62,3
42BYGH610P2  45  1,2   0,8 49,5  87 76,5
0,44 39,8 38,5 45
17HS16-2004S1  45  0,8

33,3

37,7 86,5
0,73 31,1 35,8 75
42BYGHW811 48 2,5 0,8

32,5

36,2 83,8
LD0-42STH47-1684A 50  1,68   0,8 42,4 39,3 88,4
 0,61 33,4 32 60,2
17HS24-2104S 65 2,1  0,8 44,3 39 85,9
0,76 43,9 37,5

80,1


Pilote DRV8825 (Kliment)

Vref max mesuré: 0,55V

A maxi théorique: 2,5A

Vref = Amoteur / 4 (modifié à Amoteur / 5 pour correspondre au réel)

A maxi réel: 2,75A

Sens de réglage: horaire => +

Le calcul théorique de Vref ne correspond pas à un ratio de 1/4 pour lesquels les mesures indiquent des courants plus élevés. Il a été fixé à 1/5 pour avoir des valeurs cohérentes. (Le Vref maxi mesuré est de 0,55 => 0,55 x 4 = 2,2A , alors que le pilote délivre plus de 2,5A).

 

En vert: valeurs pour un courant correspondant à la spécification du moteur.

En jaune: valeurs pour le courant maximum.

Les températures des pilotes en orange représentent les valeurs au moment de la rupture de sécurité (rupture ≈135°, reprise ≈ 130°).

Pour les moteurs, la valeur en orange indique la température à laquelle le test a été arrêté pour éviter une dégradation.

Moteur

Couple de

référence

(Ncm)

Courant

nominal

moteur

(A)

Vref

(V)

Couple

(Ncm)

Température

moteur

(C°)

Température

pilote

(C°)

 17HS4401  40  1,7  0,55 39,8 45,7 135
0,34

29,4

33,7 69
42BYGH610P2  45  1,2   0,55 55,2 85  85
0,24 37,1 48,4 48,2
17HS16-2004S1  45   0,55 37,6 40,3 134,8
 0,4 32,2 33,8 86
42BYGHW811  48  2,5   0,55 40,8 35,6 135,4
 0,50 40,2 39,2 119,4
LD0-42STH47-1684A 50  1,68  0,55 50,1 40,8 134,8
0,34 34,5 42,1 71
17HS24-2104S 65 2,1  0,55 55,9 37,6 135,3
0,42 43,1 32,2 92


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Commentaires : 13
  • #1

    Hubert (mardi, 02 août 2016 21:21)

    Super article ! Merci beaucoup pour ce travail.

  • #2

    Hiro (dimanche, 22 janvier 2017 22:52)

    Bonjour
    Merci pour vos articles intéressants.
    Je souhaiterai vous demander conseil :Je voudrai changer mes CARTE ARDUINO MEGA 2560 REV3 + CARTE RAMPS 1.4 avec une carte RepRapDiscount RUMBA.
    J’ai un extrudeur E3D V6 et une THERMISTANCE PT100.
    Quel serait les connexions pour la THERMISTANCE PT100 sur la carte Rumba ?
    Côté Firmware, quels sont les modifs à effectuer ?
    Cordialement.

  • #3

    Genapart (lundi, 23 janvier 2017 15:17)

    Bonjour,

    En toute logique, vous devriez pouvoir connecter la sonde PT100 sur les broches 5V, GND et A10 du connecteur EXP3, dont vous pouvez trouver les emplacements sur: www.reprap.org/wiki/File:RRD-RUMBA_SCHEMATICS-EXP3.png
    Côté firmware, que vous utilisiez Marlin ou Repetier, vous devez définir la table du PT100 comme « Temperature sensor » et affecter la broche analogique A10 (Analog pin 10) à « Temperature sensor pin »

  • #4

    Daniel dcs (samedi, 11 février 2017 11:44)

    Un grand merci, toutes ces information m'ont permis d'ajuster mes réglages parfaitement !!

  • #5

    Fabien (jeudi, 02 mars 2017 20:41)

    Excellent site, et super article. Merci.

    Je me permet tout de même une petite question. Je viens de recevoir des DRV8825 pour remplacer les A4988 d'origines que j'avait reçu avec un CNC shield sur Arduino Uno.
    Autant la config avec multimètre sur les A4988 s'est déroulé sans aucun problème (configurés à 1volt), autant je n'arrive pas à mesurer quoi que ce soit sur les DRV. Ils sont bien bien montés dans le bon sens (poti vers le haut à l'inverse des A4988), mais lorsque je pique sur le poti ou le "petit trou", rien ne s'affiche sur le multimètre, et ce sur les 4 DRV...
    J'ai bien essayé de swapper avec une autre Arduino, mais nada.
    Avez -vous une petite idée ?
    Merci d'avance.

  • #6

    Genapart (dimanche, 05 mars 2017 18:10)

    Je pense à 2 causes possibles:
    Soit les drivers sont « grillés » suite à un montage dans le mauvais sens.
    Soit la mesure n’est pas effectuée sur la bonne broche.
    Sur le DRV8825, le pôle négatif se prend sur la broche « GND » située à l’angle diamétralement opposé au potentiomètre. C’est la même que pour les A4988.
    La position du DRV8825 n’est pas inversée par rapport au A4988 (les emplacements des broches sont fixes sur la carte), seul le potentiomètre est positionné différemment. Quel que soit le pilote, le " - "  se prends sur cette broche et le " + " sur le potentiomètre.
    Il ne me vient pas à l’esprit une autre cause pour le moment (si la carte est, bien entendu, fonctionnelle et correctement alimentée).

  • #7

    Nossolov (jeudi, 16 mars 2017 18:34)

    Ca, c'est du test !
    Super travail, et super article.
    Merci.

  • #8

    Rima (jeudi, 11 mai 2017 12:25)

    Super article, Un grand merci

  • #9

    remy (mercredi, 31 mai 2017 14:59)

    salut à tous, je n'ai pas bien compris la différence entre la tension du moteur (qui peut aller jusque 8 V) et la Vref sur le pilote, qui sont tous au max à 1.25V. J'ai commandé des moteurs qui ont une tension de 3.3V cela veut-il dire que je peux les utilisé sur ma MKS alors que Vref = 08V???

    merci

  • #10

    Stéphane (mardi, 14 novembre 2017 10:18)

    Bonjour et merci pour cet article.
    Je voulais un éclaircissement sur le calcul Vref = Amoteur / 2 pour le A4988 Vert
    Chez Pololu ils indiquent Vref = 8 Imax Rcs, ici avec une Rcs de 0.1 , on obtient donc Vref = Imax x 0.8. Le lien en Imax et Amoteur serait donc un coefficient de 0.625 ??? Amoteur c'est bien le courant nominal ou le "Rated Current" que l'on trouve indiqué sur le moteur ?
    Merci de vos réponses, cordialement.

  • #11

    GENAPART (mardi, 14 novembre 2017 15:51)

    Bonjour,
    C’est cela, le driver 2A avec des résistances de 0,1Ω, tel que défini par Pololu, a un Vref de base = I x 0,8.
    Des différences de réglages peuvent toutefois être constatées en fonction de l’origine et la structure du driver. C’est ce qui a en parti motivé les tests de cet article.
    La méthode d’approche utilisée ici, bien que critiquable, est la suivante:
    la valeur Vref maxi est mesurée, puis comparée au courant maxi délivré.
    Pour le driver 2A R100 vert, le Vref maxi mesuré n’est pas de 1,6V, mais de 1V pour 2A. Cela implique que pour le pilote du test, le rapport n’est pas Vref = I x 0,8, mais Vref = I x 0,5.

    Pour s’y retrouver dans les réglages, la méthode la plus simple et la plus efficace à mon sens est d’appliquer le réglage maximum (pour bénéficier du meilleur couple) mais dans la limite de température acceptable par le moteur et le driver dans leur environnement d’utilisation.

  • #12

    Florent (lundi, 11 décembre 2017 01:01)

    Bonjour, je me pose la question suivante : les réglages sont ils les mêmes si on a 2 moteurs ? Je me dis qu'il faut peut être doubler les valeurs si on mets 2 moteurs pour un même axe mais je ne trouve rien à ce sujet

  • #13

    Genapart (jeudi, 14 décembre 2017 10:43)

    Bonjour,
    Effectivement, il faut doubler le courant pour alimenter 2 moteurs pour ne pas voir leur puissance notablement réduite.
    Il faut noter que dans bien des cas, les drivers A4988 n’ont pas la capacité pour alimenter totalement 2 moteurs. Même le DRV8825 qui délivre 2,5A est souvent insuffisant.
    Dans ce cas, si vous avec besoin d’utiliser vos 2 moteurs avec un couple maximum, une des solutions les moins onéreuses est de connecter sur les broches Enable, Dir, Step, 2 cartes de contrôle pas à pas individuelles.