Was ist Mikroschritt-Betrieb? Normalerweise wird ein Schrittmotor im Vollschritt- oder Halbschritt-Betrieb angesteuert. Das bedeutet, daß die Ströme in den beiden Wicklungen nach einem bestimmten Muster ein- und ausgeschaltet werden. Bei jedem Schaltvorgang dreht sich der Motor schlagartig um einen kleinen Winkel weiter. Beim Mikroschritt-Betrieb werden die Wicklungsströme nicht ein- und ausgeschaltet, sondern ändern sich kontinuierlich in Form einer Sinus- bzw. Cosinuskurve. Dabei entstehen keine ruckartigen Bewegungen an der Motorwelle. Das Drehmoment des Motors hängt nur vom Strom ab und ist daher nicht kleiner als beim Voll- und Halbschrittbetrieb. Die FS2 macht 64 Mikroschritte pro Vollschritt ( = 256 Mikroschritte pro Sinus-Periode), und die Amplituden-Auflösung ist 9 Bit ( = 512 Strom-Stufen) bei vollem 1.8 A Wicklungsstrom. Bei kleinerem Strom ist die Auflösung geringer (8 Bit bei 0.9 A, 7 bit bei 0.45 A...). In den folgenden Diagrammen sehen Sie jeweils oben den zeitlichen Verlauf des Stroms in einer Motorwicklung. (Der Strom in der anderen Wicklung ist um 90 Grad phasenverschoben und hier nicht dargestellt.) Die untere Kurve zeigt jeweils den zeitlichen Verlauf des Drehwinkels der Motorwelle (vertikaler Maßstab: ca. 13.5° / cm). Je gleichmäßiger diese Kurve ansteigt, um so ruhiger läuft der Motor. Die ersten beiden Diagrame wurden an einem normalen Schrittmotor gemessen (No-Name-Schrittmotor, Wicklungsstrom 0.75A, 72 Vollschritte pro Motorumdrehung, ohne Last). Die nächsten beiben Diagramme wurden an einem ESCAP-Scheibenmagnet-Schrittmotor gemessen (PH632, Wicklungsstrom 1.8A, 200 Vollschritte pro Motorumdrehung, ohne Last).  Die dargestellten Kurven basieren auf echten Messungen und sind hier unverfälscht wiedergegeben.  Sie können diesen Diagrammen folgendes entnehmen: 1. Auch normale Schrittmotore, wie sie in vielen Montierungen eingebaut sind, laufen bei Mikroschritt-Ansteuerung ruhiger als bei Halbschritt-Ansteuerung. (Vollschritt-Betieb ist noch schlechter als Halbschritt-Betrieb.) 2. Motore, die speziell für den Mikroschrittbetrieb konstruiert wurden (z.B. ESCAP und SECM) laufen besonders gleichmäßig. Damit besteht die Möglichkeit die Getriebeübersetzung stark zu verkleinern und hohe Positionier- Geschwindigkeiten erreichen. Geschwindigkeiten bis zu 1000-fach sind problemlos möglich.

What is Microstep mode? Normally a stepper motor is driven in full step or half step mode. This means that the motor currents are switched on and off according to a special pattern. At each switching event the motor shaft moves a small amount. Using microstep mode the currents in the motor coils are not switched on and off, but they are modified continuous with the shape of a sine wave respectively a cosine wave. There arise no jerky motions at the motor shaft. The torque of the motor depends only on the magnitude of the current and is therefore not smaller than in full or half step mode. The FS2 makes 64 microsteps per full step ( = 256 microsteps per full sine period), and the amplitude resolution is 9 bits ( = 512 current levels) at full 1.8 A coil current. Amplitude resolution is less if the current is set to a smaller value (8 bit at 0.9 A, 7 bit at 0.45 A...). In each of the following diagrams you can see at the top the coil current in the course of time. (The current in the other coil is phase shifted 90 degrees and not shown.) The lower curve shows the turn angle of the motor shaft in the course of time. The vertical scale is about 13.5 degrees per centimeter. The smoother this curve rises the smoother the motor runs. The first two diagrams were made with a normal stepper motor, as it is used in most telescope mounts. (No-Name motor, coil current 0.75A, 72 full steps per motor revolution, without load). The next two diagrams were made with an ESCAP Disc Magnet Motor, which is specially designed for microstep mode.  (PH632, coil current 1.8A, 200 full steps per motor revolution, without load). All diagrams shown are based on real measurements and are unadulterated. From these diagrams you can derive the following facts: 1. Even normal stepper motors, as they are built-in in most telescope mounts, run smoother in microstep mode than in half step mode. (Full step mode is even worse than half step mode.) 2. Motors which are specially designed for microstep mode (e.g. ESCAP and SECM motors) run very smooth. With these motors you could reduce the gear ratio of your mount and thus increase the slewing speed of the telescope. Speeds up to 1000x (4 degrees per second) are no problem.

 

	No-Name-Motor, Halbschritt Motorstrom: 0.75A 72 Vollschritte pro Umdrehung Ohne Last Der Motor erzeugt starke Vibrationen.   No-Name motor, Half step mode Coil current: 0.75A 72 full steps per revolution No load The motor makes strong vibrations.
	No-Name-Motor, Mikroschritt Motorstrom: 0.75A 72 Vollschritte pro Umdrehung Ohne Last Der Motor läuft zwar wesentlich ruhiger als bei Halbschritt-Ansteuerung, aber die Vibrationen sind nur teilweise beseitigt. Eine weitere Verbesserung ist möglich durch eine spezielle Anpassung der Strom-Kurvenform. Ab Software Version 1.14 ist das möglich. Bei diesem Motor lassen sich zum Beispiel die Vibrationen noch einmal um 50% reduzieren (hier nicht dargestellt). No-Name motor, Microstep mode Coil current: 0.75A 72 full steps per revolution No load The motor runs smoother than in half step mode but vibrations are not removed completely. A further improvement is possible by a special modification of the current waveform. This is implemented since software version 1.14. For example with this motor the vibrations can be reduced by 50% (not displayed here).
	ESCAP PH632 Motor Halbschritt Motorstrom: 1.80A 200 Vollschritte pro Umdrehung Ohne Last Der Motor erzeugt starke Vibrationen.   ESCAP PH632 motor Half step mode Coil current: 1.80A 200 full steps per revolution No load The motor makes strong vibrations.
	ESCAP PH632 Motor Mikroschritt Motorstrom: 1.80A 200 Vollschritte pro Umdrehung Ohne Last Der Motor läuft sehr ruhig und gleichmäßig.   ESCAP PH632 motor Microstep mode Coil current: 1.80A 200 full steps per revolution No load This motor runs very silent and smooth.
	SANYO DENKI 103-770-1640 Motor Mikroschritt Motorstrom: 0.70A 4. Harmonische: 0% 200 Vollschritte pro Umdrehung Ohne Last Der Motor läuft nicht ganz gleichmässig, aber mit einer verzerrten Srom-Kurvenform ist eine Verbesserung möglich. Siehe nächstes Bild.   SANYO DENKI 103-770-1640 motor Microstep mode Coil current: 0.70A 4th harmonic added: 0% 200 full steps per revolution No load This motor doesn't run smooth, but it's possible to improve this by modifying the current waveform. See next picture.
	SANYO DENKI 103-770-1640 Motor Mikroschritt Motorstrom: 0.70A 4. Harmonische: 10% 200 Vollschritte pro Umdrehung Ohne Last Durch die Verzerrung der Strom-Kurvenform läuft der Motor wesentlich gleichmässiger. Dem Strom wurden 10% der 4. Harmonischen überlagert.    SANYO DENKI 103-770-1640 motor Microstep mode Coil current: 0.70A 4th harmonic added: 10% 200 full steps per revolution No load The motor runs smoother because the current waveform was modified by adding 10% of the 4th harmonic to the current.
	Nanotec ST5709S1208 Motor Mikroschritt Motorstrom: 1.60A 4. Harmonische: 0% 400 Vollschritte pro Umdrehung Ohne Last Der Motor läuft sehr ruhig und gleichmäßig.       Nanotec ST5709S1208 Motor Microstep mode Coil current: 1.60A 4th harmonic added: 0% 400 full steps per revolution No load This motor runs very silent and smooth.
	SECM4 Motor Mikroschritt Motorstrom: 1.80A 200 Vollschritte pro Umdrehung Ohne Last Der Motor läuft sehr ruhig und gleichmäßig. Der SECM Motor ist der beste von allen Motoren die ich getestet habe.   SECM4 motor Microstep mode Coil current: 1.80A 200 full steps per revolution No load This motor runs very silent and smooth. The SECM motor is the best one of all motors I tested.
	ESCAP P530 Motor Mikroschritt-Betrieb Betriebsspannung: 12V Motorstrom: 1.60A, Offset: 0.00A Der Motor läuft sehr gleichmäßig. In der unteren Kurve sind einige sehr schwache Vibrationen zu erkennen.       ESCAP P530 Motor Microstep mode Supply Voltage: 12V Coil current: 1.60A, Offset: 0.00A The motor runs very smooth. In the lower curve some very small vibrations are visible.
	ESCAP P530 Motor Mikroschritt-Betrieb Betriebsspannung: 40V Motorstrom: 1.60A, Offset: 0.00A Wegen der hohen Betriebsspannung läuft der Motor nicht völlig gleichmäßig. Die kleinen Stufen in der unteren Kurve bedeuten schwache Vibrationen, die bei sehr hoher Vergrösserung im Okular sichtbar sind.  Mit den neuen "Offset" Parameter (ab Software Version 1.20) kann dieser Fehler wesentlich verkleinert werden. Siehe nächstes Bild. ESCAP P530 Motor Microstep mode Supply Voltage: 40V Coil current: 1.60A, Offset: 0.00A The motor doesn't run absolutely smooth because of the high supply voltage. The small steps in the lower curve mean that there are small vibrations which are visible in the eyepiece at very high magnification. With the new "offset" parameter (new in software version 1.20) it is possible to let the motor run much smoother. Have a look at the next picture.
	ESCAP P530 Motor Mikroschritt-Betrieb Betriebsspannung: 40V Motorstrom: 1.60A, Offset: 0.09A Gegenüber den vorigen Bild wurde nur der "Offset" Parameter von 0.00A auf 0.09A geändert. Die kleinen Stufen in der unteren Kurve sind verschwunden und der Motor läuft jetzt sehr gleichmäßig.     ESCAP P530 Motor Microstep mode Supply Voltage: 40V Coil current: 1.60A, Offset: 0.09A Same parameters as in the last picture, except that the "offset" parameter was changed from 0.00A to 0.09A. The small steps in the lower curve have disappeared and now the motor runs very smooth.
	SANYO DENKI 103H548-04500 Mikroschritt Motorstrom: 0.80A 4. Harmonische: 0% 200 Vollschritte pro Umdrehung Ohne Last Der Motor läuft ruhig und gleichmäßig.       SANYO DENKI 103H548-04500 Microstep mode Coil current: 0.80A 4th harmonic added: 0% 200 full steps per revolution No load This motor runs silent and smooth.

Der zu testende Motor (1) wird von einer FS2 (2) mit normaler Nachführ-Geschwindigkeit angesteuert. Der Strom in einer Wicklung wird mit einem Zangen-Stromwandler (3) erfasst und auf dem Oszilloskop dargestellt. Der Motor ist direkt mit einem hochauflösenden optischen Encoder (4) gekoppelt. Das Ausgangssignal des Encoders wird in einem Konverter (5) in eine dem Drehwinkel proportionale Spannung umgesetzt, welche ebenfalls auf dem Oszilloskop dargestellt wird. Weiterhin besteht bei diesem Versuchsaufbau die Möglichkeit, auf eine Seiltrommel (6) ein Seil aufzuwickeln, mit dem ein Gewicht hochgezogen werden kann, so daß das Laufverhalten des Motors unter Last getestet werden kann.

The motor under test (1) is driven by a FS2 (2) with normal tracking speed. The current in one motor winding is measured by a current clamp (3) and displayed on an oscilloscope. The motor is directly coupled to a high resolution encoder (4). A converter (5) converts the the output signal of the encoder into a voltage which is proportional to the turning angle of the motor. This voltage is also displayed on the oscilloscope. With this setup it is also possible to test the motor under constant load, if a string is wound on the wheel (6) and a weight is pulled up by this string.