Perbedaan antara motor servo dan motor stepper

Motor servo dan motor stepper keduanya merupakan komponen aktuator listrik yang umum, digunakan untuk kontrol presisi posisi, kecepatan, dan torsi. Keduanya memiliki perbedaan mendasar dalam struktur, prinsip kerja, dan karakteristik kinerja.
I. Prinsip Kerja dan Struktur
Motor servo:
Struktur: Terdiri dari bodi motor (biasanya motor sinkron magnet permanen), sensor posisi presisi tinggi (seperti encoder), dan pengendali driver, membentuk sistem loop tertutup.
Prinsip kerja: Driver menerima urutan pulsa dan sinyal arah dari pengendali, lalu menggerakkan motor agar berputar. Encoder di ujung belakang poros motor mendeteksi posisi dan kecepatan rotor secara real time serta memberikan umpan balik sinyal ke driver. Driver membandingkan sinyal umpan balik dengan sinyal perintah, menghitung kesalahan, dan menyesuaikan keluaran untuk menghilangkan kesalahan ini.
Motor stepper:
Struktur: Terdiri dari bodi motor (dengan belitan multi-fasa pada stator dan rotor inti magnet permanen atau reaktif) serta driver loop terbuka.
Prinsip kerja: Driver menerima sinyal pulsa dan secara berurutan memberi energi pada belitan tiap fasa motor, menyebabkan rotor berputar secara bertahap dengan sudut tetap (sudut langkah). Pengoperasiannya tidak bergantung pada umpan balik posisi dan merupakan kontrol loop terbuka.
II. Metode Kontrol
Motor Servo: Menggunakan kontrol loop-tertutup. Sistem terus menerima umpan balik untuk koreksi secara real-time, memastikan output sesuai dengan perintah.
Motor stepper: Mengadopsi kontrol loop-terbuka. Setelah sistem mengeluarkan instruksi, diasumsikan motor telah mengeksekusi secara akurat tanpa mekanisme verifikasi umpan balik.
III. Perbandingan Karakteristik Kinerja
Karakteristik Torsi:
Motor servo: Memiliki karakteristik output torsi konstan dan dapat menghasilkan torsi nominal dalam rentang kecepatan nominal. Motor ini juga memiliki kemampuan overload dan biasanya dapat menghasilkan 2-3 kali torsi nominal dalam waktu singkat.
Motor stepper: Torsi output menurun drastis seiring peningkatan kecepatan putaran. Tidak memiliki kemampuan overload. Jika torsi beban melebihi torsi penahan maksimum motor, akan menyebabkan lepas kopling.
Rentang kecepatan dan stabilitas:
Motor servo: Beroperasi dengan lancar pada kecepatan rendah, memiliki kinerja yang sangat baik pada kecepatan tinggi, serta memiliki rentang pengaturan kecepatan yang lebar, hingga lebih dari 1:5000.
Motor stepper: Cenderung mengalami getaran pada kecepatan rendah. Pada kecepatan tinggi, torsi menurun dengan cepat dan rentang kecepatan operasi efektif relatif sempit.
Akurasi dan Kesalahan:
Motor servo: Akurasinya tergantung pada resolusi encoder. Kesalahan sistem (perbedaan antara perintah dan umpan balik) bersifat sementara dan akan dikoreksi secara real time oleh sistem loop tertutup. Tidak ada kesalahan kumulatif.
Motor stepper: Akurasinya tergantung pada sudut langkah motor. Terdapat kesalahan kumulatif, artinya kesalahan setiap satu langkah akan secara bertahap terakumulasi. Saat beban berlebih, motor akan kehilangan sinkronisasi, sehingga menyebabkan kesalahan posisi.
Kinerja respons:
Motor servo: Respons cepat, kinerja akselerasi sangat baik, cocok untuk aplikasi yang memerlukan start/berhenti cepat dan perubahan beban dinamis.
Motor stepper: Respon lambat, kemampuan startup kecepatan tinggi yang buruk, dan waktu akselerasi panjang.
Getaran dan Kebisingan:
Motor servo: Berjalan lancar dengan kebisingan rendah, terutama pada kecepatan rendah.
Motor stepper: Memiliki masalah getaran dan kebisingan yang melekat, yang terutama terlihat di dekat titik resonansi.
IV. Skenario Aplikasi
Motor Servo: Cocok untuk aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi, kecepatan tinggi, respons dinamis tinggi, dan beban torsi berlebih. Contohnya termasuk robot industri, mesin CNC, peralatan otomasi kelas atas, dan bidang kedirgantaraan.
Motor stepper: Cocok untuk aplikasi sensitif terhadap biaya, kecepatan sedang-rendah, beban stabil, dan skenario dengan persyaratan rendah terhadap kelancaran dalam kontrol loop terbuka. Contohnya termasuk printer 3D, mesin CNC desktop, pemindai, dan peralatan otomasi kantor.
V. Biaya dan Kompleksitas
Motor servo: Sistemnya kompleks (termasuk motor, encoder resolusi tinggi, dan driver canggih), dan biayanya tinggi.
Motor stepper: Sistem sederhana, biaya rendah, mudah dipasang dan didebug.
Pilihan tergantung pada persyaratan keseluruhan aplikasi tertentu untuk kinerja, akurasi, respons dinamis, dan biaya.