La différence entre les moteurs servo et les moteurs pas à pas

Les moteurs servo et les moteurs pas à pas sont tous deux des composants électriques actionneurs courants, utilisés pour un contrôle précis de la position, de la vitesse et du couple. Ils présentent des différences fondamentales en termes de structure, de principe de fonctionnement et de caractéristiques de performance.
I. Principe de fonctionnement et structure
Moteur servo :
Structure : Il comprend le corps du moteur (généralement un moteur synchrone à aimant permanent), un capteur de position haute précision (tel qu'un codeur) et un contrôleur de commande, formant un système en boucle fermée.
Principe de fonctionnement : Le pilote reçoit du contrôleur la séquence d'impulsions et le signal de direction, puis entraîne le moteur en rotation. L'encodeur situé à l'extrémité arrière de l'arbre du moteur détecte en temps réel la position et la vitesse du rotor et renvoie ces signaux au pilote. Ce dernier compare le signal de retour avec le signal de commande, calcule l'erreur, puis ajuste la sortie afin d'éliminer cette erreur.
Moteur pas à pas :
Structure : Composée du corps du moteur (avec des enroulements multiphasés sur le stator et un rotor à aimant permanent ou à noyau réactif) et d'un pilote en boucle ouverte.
Principe de fonctionnement : Le pilote reçoit des signaux impulsionnels et alimente successivement les enroulements de chaque phase du moteur, ce qui provoque une rotation du rotor par pas fixes selon un angle prédéterminé (angle de pas). Son fonctionnement ne repose pas sur une rétroaction de position et constitue une commande en boucle ouverte.
II. Méthode de contrôle
Moteur servo : Une commande en boucle fermée est utilisée. Le système reçoit continuellement des informations de retour pour une correction en temps réel, garantissant que la sortie correspond à la commande.
Moteur pas à pas : Il utilise une commande en boucle ouverte. Après que le système a émis une instruction, il suppose que le moteur l'a exécutée avec précision, sans mécanisme de vérification par retour d'information.
III. Comparaison des caractéristiques de performance
Caractéristiques de couple :
Moteur servo : Il présente une caractéristique de sortie de couple constant et peut délivrer le couple nominal dans la plage de vitesse nominale. Il dispose également d'une capacité de surcharge et peut généralement délivrer 2 à 3 fois le couple nominal pendant une courte période.
Moteur pas à pas : Le couple de sortie diminue fortement lorsque la vitesse de rotation augmente. Il ne possède pas de capacité de surcharge. Dès que le couple de charge dépasse le couple de maintien maximal du moteur, cela provoque un décrochage.
Plage de vitesse et stabilité :
Moteur servo : Fonctionne en douceur à basse vitesse, offre d'excellentes performances à haute vitesse et possède une plage de réglage de vitesse étendue, pouvant dépasser 1:5000.
Moteur pas à pas : Il est sujet aux vibrations à basse vitesse. À haute vitesse, le couple diminue rapidement et la plage de fonctionnement efficace est relativement étroite.
Précision et erreur :
Moteur servo : Sa précision dépend de la résolution de l'encodeur. L'erreur du système (la différence entre la commande et la rétroaction) est transitoire et sera corrigée en temps réel par le système en boucle fermée. Il n'y a pas d'erreur cumulative.
Moteur pas à pas : La précision dépend de l'angle de pas du moteur. Il existe une erreur cumulative, ce qui signifie que l'erreur de chaque pas s'accumulera progressivement. En cas de surcharge, le moteur perd la synchronisation, entraînant des erreurs de position.
Performance de réponse :
Moteur servo : Réponse rapide, excellente performance d'accélération, adapté aux applications nécessitant des démarrages/arrêts rapides et des changements de charge dynamiques.
Moteur pas à pas : réponse lente, mauvaise capacité de démarrage à haute vitesse et temps d'accélération long.
Vibration et bruit :
Moteur servo : fonctionne en douceur avec un faible niveau de bruit, particulièrement à basse vitesse.
Moteur pas à pas : présente des problèmes inhérents de vibration et de bruit, particulièrement perceptibles au voisinage du point de résonance.
IV. Scénarios d'application
Moteur servo : adapté aux applications nécessitant une grande précision, une haute vitesse, une réponse dynamique élevée et une surcharge de couple. Exemples : robots industriels, machines CNC, équipements d'automatisation haut de gamme et domaines aérospatiaux.
Moteur pas à pas : adapté aux applications sensibles au coût, à vitesse moyenne ou faible, avec charge stable et faibles exigences en matière de régularité dans les systèmes de commande en boucle ouverte. Exemples : imprimantes 3D, machines CNC de bureau, scanners et équipements d'automatisation de bureau.
V. Coût et complexité
Moteur servo : système complexe (incluant le moteur, un codeur haute résolution et un variateur avancé), et coût élevé.
Moteur pas à pas : système simple, coût faible, facile à installer et à mettre au point.
Le choix dépend des exigences globales de l'application spécifique en matière de performance, de précision, de réponse dynamique et de coût.