Нужна помощь в выяснении того, как организовать систему для запуска шагового двигателя на низкой скорости без пропуска шагов.

TL;DR : Как предотвратить пропуск ступеней с двигателем с редуктором NEMA на низкой скорости.

Я нахожусь в процессе создания системы, в которой я хочу, чтобы объект поворачивался на тарелке и показывал букву в зависимости от угла поворота. Объект довольно тяжелый, поэтому вращение должно быть довольно медленным, поэтому я взял шаговый двигатель NEMA с планетарной коробкой передач.

Моя система состоит из:

• Ардуино Уно
• Шаговый двигатель NEMA
• Драйвер A4988
• Несколько проводов
• 2 железные пластины
• Элемент шарикоподшипника между железными пластинами
• Винты, чтобы собрать все вместе.

Вот код, который у меня получился:

// Определяем подключения шагового двигателя и количество шагов на оборот:
#define dirPin 6
#define stepPin 7
#define stepsPerRevolution 5373
int degree_init = 1;

int mouvement=0;

// создаем сопоставление между буквами и градусами
int letterToDegree[33] ;
int degree;
// функция для преобразования букв в градусы
int mapLetterToDegree(char letter) {
  if (letter=='.'){
    return letterToDegree[27];
  }
  else if (letter==':'){
    return letterToDegree[28];
  }
  else if (letter=="\'"){
    return letterToDegree[29];
  }
  else if (letter==' '){
    return letterToDegree[30];
  }
  else {
  int letterIndex = letter - 'A'; // получаем индекс буквы в алфавите
  return letterToDegree[letterIndex]; // вернуть степень, связанную с этой буквой
  }
}

void setup() {
  // Объявить выводы выводом:
  pinMode(stepPin, OUTPUT);
  pinMode(dirPin, OUTPUT);
    Serial.begin(9600); 
    for (int i = 0; i < 33; i++){
    letterToDegree[i]= degree_init;
    degree_init=degree_init+10;
  }
}

void loop() {
  int p= NULL;
  // Установить направление вращения по часовой стрелке:
  digitalWrite(dirPin, HIGH);
  String input= "NOW THE NOW THE AAAAA";
  // цикл по буквам
  for (int i = 0; i < input.length(); i++) {
    // получить степень для каждой буквы
    degree = mapLetterToDegree(input[i]);
    Serial.print("Letter: ");
    Serial.print(input[i]);
    Serial.print(" Degrees: ");
    Serial.println(degree);
    // ждем завершения движения
    delay(1000);
 
  int p_new= map(degree,0,360,0,5373);
  Serial.print(" position: ");
  Serial.println(p_new);
  if (p!=NULL){
    mouvement=p_new-p;
    p=p_new;
  Serial.print(" mouvement: ");
  Serial.println(mouvement);
  }
  else{
    p = p_new;
  }
  if (mouvement<0){
    digitalWrite(dirPin, LOW);
    mouvement=abs(mouvement);
    Serial.println("change de direction");
  }
  Serial.print(" stepper: ");
  Serial.println(mouvement);

  // Медленно поверните шаговый двигатель на 1 оборот:
  for (int i = 0; i < mouvement; i++) {
    // Эти четыре строки приводят к 1 шагу:
    digitalWrite(stepPin, HIGH);
    delay(20);
    digitalWrite(stepPin, LOW);
    delay(20);
  }
 
  delay(1000);
  digitalWrite(dirPin, HIGH);
}
}

Я пытался следовать этому руководству, и в общих чертах оно работает но иногда мотор пропускает шаги, особенно при смене направления.

Кажется, я не понимаю, как работает крутящий момент в этой системе и как минимизировать нагрузку на двигатель. Моя гипотеза состоит в том, что, поскольку система находится в равновесии и трение сведено к минимуму благодаря шарикоподшипнику, не должно быть необходимости в большой мощности двигателя, и этого двигателя должно хватить.

Моя гипотеза о том, почему шаги пропускаются:

• Слишком высокая скорость для двигателя.
• Недостаточный крутящий момент.
• Недостаточно хорошее электроснабжение двигателя.

Я не знаю, как проверить эти гипотезы и верны ли они. У меня также много проблем с пониманием взаимосвязи между временной задержкой в коде и движением мотора.

Особенно этот момент:

  for (int i = 0; i < mouvement; i++) {
    // Эти четыре строки приводят к 1 шагу:
    digitalWrite(stepPin, HIGH);
    delay(20);
    digitalWrite(stepPin, LOW);
    delay(20);
  }

Можно ли изменить их, как это сделал я? должны ли они быть симметричными (одинаковая задержка для высоких и низких частот)?

Я также ищу объяснение того, как применять алгоритмы ускорения и замедления для шагового двигателя, хотя я не уверен, что это имеет смысл при такой скорости.

Мои вопросы:

• Как рассчитать наилучшую скорость для такой системы и как ее реализовать?
• Есть ли необходимость в ускорении/торможении?
• Имеет ли смысл использовать микрошаг при использовании редуктора?
• Есть ли какие-то очевидные недостатки в моей системе/коде, которые я упускаю?