ความแตกต่างระหว่างมอเตอร์เซอร์โวและมอเตอร์สเต็ปเปอร์

มอเตอร์เซอร์โวและมอเตอร์สเต็ปเปอร์เป็นส่วนประกอบขับเคลื่อนไฟฟ้าที่พบได้ทั่วไป ใช้สำหรับควบคุมตำแหน่ง ความเร็ว และแรงบิดอย่างแม่นยำ ทั้งสองชนิดมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐานในด้านโครงสร้าง หลักการทำงาน และลักษณะประสิทธิภาพ
ข้อที่ I หลักการทำงานและโครงสร้าง
มอเตอร์เซอร์โว:
โครงสร้าง: ประกอบด้วยตัวมอเตอร์ (โดยทั่วไปเป็นมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร), เซ็นเซอร์ตำแหน่งความแม่นยำสูง (เช่น เอนโค้เดอร์) และตัวควบคุมไดรฟ์ ทำให้เกิดระบบวงจรปิด
หลักการทำงาน: ตัวขับเคลื่อนรับลำดับสัญญาณพัลส์และสัญญาณทิศทางจากตัวควบคุม จากนั้นจึงขับมอเตอร์ให้หมุน ตัวเข้ารหัส (encoder) ที่ปลายเพลาของมอเตอร์จะตรวจจับตำแหน่งและความเร็วของโรเตอร์แบบเรียลไทม์ และส่งสัญญาณกลับไปยังตัวขับเคลื่อน ตัวขับเคลื่อนจะเปรียบเทียบสัญญาณที่ได้รับกลับกับสัญญาณคำสั่ง คำนวณความคลาดเคลื่อน และปรับเอาต์พุตเพื่อลดความผิดพลาดนี้
มอเตอร์สเต็ปเปอร์:
โครงสร้าง: ประกอบด้วยตัวมอเตอร์ (มีขดลวดหลายเฟสบนสเตเตอร์ และโรเตอร์แบบแม่เหล็กถาวรหรือแกนเหนี่ยวนำ) และตัวขับเคลื่อนแบบวงจรเปิด
หลักการทำงาน: ตัวขับเคลื่อนรับสัญญาณพัลส์และจ่ายกระแสไฟไปยังขดลวดแต่ละเฟสของมอเตอร์ตามลำดับ ทำให้โรเตอร์หมุนทีละมุมคงที่ (มุมขั้นตอน) การทำงานไม่ขึ้นอยู่กับการตอบกลับตำแหน่ง และเป็นระบบควบคุมแบบวงจรเปิด
II. วิธีการควบคุม
มอเตอร์เซอร์โว: ใช้ระบบควบคุมแบบวงจรปิด (Closed-loop control) ซึ่งระบบจะได้รับข้อมูลตอบกลับอย่างต่อเนื่องเพื่อทำการแก้ไขแบบเรียลไทม์ ทำให้มั่นใจได้ว่าผลลัพธ์สอดคล้องกับคำสั่ง
มอเตอร์สเต็ปเปอร์: ใช้ระบบควบคุมแบบวงจรเปิด (Open-loop control) เมื่อระบบส่งคำสั่งออกไปแล้ว จะถือว่ามอเตอร์ทำงานตามคำสั่งอย่างแม่นยำ โดยไม่มีกลไกตรวจสอบยืนยันจากข้อมูลตอบกลับ
III. การเปรียบเทียบลักษณะประสิทธิภาพ
ลักษณะของแรงบิด:
มอเตอร์เซอร์โว: มีลักษณะการส่งออกแรงบิดคงที่ และสามารถส่งออกแรงบิดตามค่าที่กำหนดไว้ภายในช่วงความเร็วตามมาตรฐาน นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการโอเวอร์โหลดได้ โดยทั่วไปสามารถส่งออกแรงบิดได้ถึง 2-3 เท่าของแรงบิดตามค่ามาตรฐานในช่วงเวลาสั้นๆ
มอเตอร์สเต็ปเปอร์: แรงบิดที่ส่งออกจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความเร็วรอบเพิ่มขึ้น ไม่มีความสามารถในการโอเวอร์โหลด หากแรงต้านทานของภาระเกินกว่าแรงบิดสูงสุดที่มอเตอร์สามารถยึดตรึงไว้ได้ จะทำให้เกิดการหลุดขั้น (disengagement)
ช่วงความเร็วและความเสถียร
มอเตอร์เซอร์โว: ทำงานได้อย่างราบรื่นที่ความเร็วต่ำ มีประสิทธิภาพยอดเยี่ยมที่ความเร็วสูง และมีช่วงการปรับความเร็วกว้าง มากกว่า 1:5000
มอเตอร์สเต็ปเปอร์: มีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นสะเทือนที่ความเร็วต่ำ ขณะที่ความเร็วสูง แรงบิดจะลดลงอย่างรวดเร็ว และช่วงความเร็วในการทำงานที่มีประสิทธิภาพค่อนข้างแคบ
ความแม่นยำและข้อผิดพลาด:
มอเตอร์เซอร์โว: ความแม่นยำขึ้นอยู่กับความละเอียดของเอนโคดเดอร์ ข้อผิดพลาดของระบบ (ความแตกต่างระหว่างคำสั่งและการตอบกลับ) เป็นเพียงชั่วคราว และจะถูกแก้ไขแบบเรียลไทม์โดยระบบลูปปิด ไม่มีข้อผิดพลาดสะสม
มอเตอร์สเต็ปเปอร์: ความแม่นยำขึ้นอยู่กับมุมของแต่ละขั้นตอน (step angle) ของมอเตอร์ มีข้อผิดพลาดสะสม หมายความว่าข้อผิดพลาดของแต่ละขั้นตอนจะสะสมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อมอเตอร์โอเวอร์โหลด จะทำให้มอเตอร์หลุดจากการซิงโครไนซ์ ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดของตำแหน่ง
ประสิทธิภาพการตอบสนอง:
มอเตอร์เซอร์โว: ตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว มีสมรรถนะการเร่งความเร็วที่ยอดเยี่ยม เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการสตาร์ท/หยุดอย่างรวดเร็ว และการเปลี่ยนแปลงภาระงานแบบไดนามิก
มอเตอร์สเต็ปเปอร์: ตอบสนองช้า ความสามารถในการสตาร์ทที่ความเร็วสูงต่ำ และใช้เวลานานในการเร่งความเร็ว
การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน:
มอเตอร์เซอร์โว: ทำงานได้อย่างราบรื่น มีเสียงรบกวนต่ำ โดยเฉพาะที่ความเร็วต่ำ
มอเตอร์สเต็ปเปอร์: มีปัญหาการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนในตัวเอง ซึ่งจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษใกล้จุดเรโซแนนซ์
IV. สถานการณ์การประยุกต์ใช้งาน
มอเตอร์เซอร์โว: เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง ความเร็วสูง การตอบสนองแบบไดนามิกสูง และสามารถรองรับแรงบิดเกินขนาด ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์อุตสาหกรรม เครื่องจักร CNC อุปกรณ์อัตโนมัติระดับสูง และภาคอวกาศ
มอเตอร์สเต็ปเปอร์: เหมาะสำหรับการใช้งานที่คำนึงถึงต้นทุน ความเร็วปานกลางถึงต่ำ โหลดคงที่ และสถานการณ์ที่ไม่ต้องการความราบรื่นสูงในระบบควบคุมแบบโอเพนลูป ตัวอย่างเช่น เครื่องพิมพ์ 3D เครื่องจักร CNC ขนาดเล็ก เครื่องสแกนเนอร์ และอุปกรณ์ระบบอัตโนมัติสำนักงาน
ข. ต้นทุนและความซับซ้อน
มอเตอร์เซอร์โว: ระบบมีความซับซ้อน (รวมถึงมอเตอร์ เอนโคดเดอร์ความละเอียดสูง และไดรฟ์เวอร์ขั้นสูง) และมีต้นทุนสูง
มอเตอร์สเต็ปเปอร์: ระบบเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ ติดตั้งและปรับแต่งได้ง่าย
การเลือกขึ้นอยู่กับข้อกำหนดโดยรวมของแอปพลิเคชันเฉพาะนั้น ๆ สำหรับประสิทธิภาพ ความแม่นยำ การตอบสนองแบบไดนามิก และต้นทุน