La differenza tra motori servo e motori passo-passo

I motori servo e i motori passo-passo sono entrambi componenti elettromeccanici comuni, utilizzati per il controllo preciso di posizione, velocità e coppia. Presentano differenze fondamentali nella struttura, nel principio di funzionamento e nelle caratteristiche prestazionali.
I. Principio di funzionamento e struttura
Servomotore:
Struttura: È composto dal corpo motore (solitamente un motore sincrono a magnete permanente), un sensore di posizione ad alta precisione (ad esempio un encoder) e un controller di comando, formando un sistema ad anello chiuso.
Principio di funzionamento: il driver riceve dal controller la sequenza di impulsi e il segnale di direzione, e guida il motore alla rotazione. L'encoder situato all'estremità posteriore dell'albero del motore rileva in tempo reale la posizione e la velocità del rotore e rimanda i segnali al driver. Il driver confronta il segnale di retroazione con il segnale di comando, calcola l'errore e regola l'uscita per eliminare tale errore.
Motore passo-passo:
Struttura: composta dal corpo del motore (con avvolgimenti multiphase nello statore e un rotore a magnete permanente o nucleo reattivo) e un driver ad anello aperto.
Principio di funzionamento: il driver riceve i segnali impulsivi e alimenta sequenzialmente gli avvolgimenti di ciascuna fase del motore, provocando la rotazione del rotore a passi fissi di un angolo predeterminato (angolo di passo). Il suo funzionamento non si basa su retroazione di posizione ed è un controllo ad anello aperto.
II. Metodo di controllo
Motore servo: Viene impiegato un controllo in loop chiuso. Il sistema riceve continuamente un feedback per la correzione in tempo reale, garantendo che l'uscita sia conforme al comando.
Motore passo-passo: Adotta un controllo in loop aperto. Una volta che il sistema emette un'istruzione, si presuppone che il motore abbia eseguito in modo accurato, senza un meccanismo di verifica tramite feedback.
III. Confronto delle caratteristiche prestazionali
Caratteristiche della coppia:
Motore servo: Presenta una caratteristica di coppia costante ed è in grado di erogare la coppia nominale nell'intervallo di velocità nominale. Dispone inoltre di capacità di sovraccarico e può tipicamente erogare 2-3 volte la coppia nominale per brevi periodi di tempo.
Motore passo-passo: La coppia erogata diminuisce bruscamente all'aumentare della velocità di rotazione. Non dispone di capacità di sovraccarico. Se la coppia richiesta supera la coppia massima di mantenimento del motore, si verifica lo slittamento.
Intervallo di velocità e stabilità:
Motore servo: Funziona in modo uniforme a basse velocità, ha ottime prestazioni ad alte velocità e presenta un ampio intervallo di regolazione della velocità, fino a oltre 1:5000.
Motore passo-passo: È soggetto a vibrazioni a basse velocità. Ad alte velocità, la coppia diminuisce rapidamente e l'intervallo effettivo di funzionamento è relativamente ristretto.
Precisione ed errore:
Motore servo: La sua precisione dipende dalla risoluzione dell'encoder. L'errore del sistema (la differenza tra il comando e il feedback) è transitorio e verrà corretto in tempo reale dal sistema a ciclo chiuso. Non vi sono errori cumulativi.
Motore passo-passo: La precisione dipende dall'angolo di passo del motore. Esiste un errore cumulativo, ovvero l'errore di ciascun singolo passo si accumula progressivamente. In caso di sovraccarico, il motore perde la sincronizzazione, causando errori di posizione.
Prestazioni di risposta:
Motore servo: Risposta rapida, eccellenti prestazioni di accelerazione, adatto ad applicazioni che richiedono avvii/fermate rapide e variazioni dinamiche del carico.
Motore passo-passo: Risposta lenta, scarsa capacità di avviamento ad alta velocità e tempo di accelerazione lungo.
Vibrazione e rumore:
Motore servo: Funziona in modo fluido con basso rumore, specialmente a basse velocità.
Motore passo-passo: Presenta intrinsecamente problemi di vibrazione e rumore, particolarmente evidenti in prossimità del punto di risonanza.
IV. Scenari applicativi
Motore servo: Adatto per applicazioni che richiedono alta precisione, alta velocità, elevata risposta dinamica e sovraccarico di coppia. Esempi includono robot industriali, macchine CNC, apparecchiature di automazione di fascia alta e settori aerospaziali.
Motore passo-passo: Adatto per applicazioni sensibili ai costi, a velocità media-bassa, con carico stabile e requisiti ridotti in termini di fluidità nel controllo ad anello aperto. Esempi includono stampanti 3D, macchine CNC da tavolo, scanner e apparecchiature di automazione per ufficio.
V. Costo e complessità
Motore servo: Il sistema è complesso (comprende il motore, un encoder ad alta risoluzione e un driver avanzato) e il costo è elevato.
Motore passo-passo: Sistema semplice, costo ridotto, facile da installare e mettere a punto.
La scelta dipende dai requisiti complessivi dell'applicazione specifica in termini di prestazioni, precisione, risposta dinamica e costo.