Разница между серводвигателем и шаговым двигателем

Вот что на практике действительно важно понимать про сервы и шаговики — не по учебникам, а когда стоишь у станка и нужно выбрать, что ставить на новый модуль.

Базовые принципы: не только углы и импульсы

Многие думают, что шаговый двигатель — это просто ?повернись на 1.8 градуса по сигналу? и всё. Но на деле, если взять тот же DM542 от Leadshine, даже на низких оборотах начинается тот самый резонанс, из-за которого ось иногда дёргается, будто пьяная. Причём проблема не в драйвере, а в том, что маховик инерции нагрузки не совпадает с моментом удержания.

С серводвигателем ситуация другая: там обратная связь работает так, что даже если нагрузка скачком меняется (например, фреза вошла в материал неравномерно), энкодер сразу корректирует положение. Но это не панацея — если взять дешёвый сервопривод без нормального ПИД-регулятора, он будет ?охотиться? вокруг заданной точки, особенно на малых скоростях.

Кстати, у нас на сборке конвейера для ООО Наньцзин Жуцянь Автоматизированное Оборудование как-раз ставили оба типа: шаговики — для подачи заготовок, где точность ±0.1 мм допустима, а сервы — на позиционирование лазерной головки, где уже нужны ±0.01 мм.

Когда шаговик действительно выигрывает

Вот реальный кейс: делали систему размотки кабеля. Там скорость низкая, момент постоянный, и главное — при отключении питания нужно сохранять позицию. С шаговым двигателем в режиме удержания это бесплатно, а сервопривод будет требовать тормоз — а это и деньги, и место.

Ещё момент: шаговики проще в интеграции. Подключил драйвер, подал импульсы с ПЛК — и не нужно возиться с параметрами жёсткости или автоподстройкой. Правда, если перегрузить, пропуск шагов не заметишь сразу — брак накопит.

На сайте https://www.rq-automation.ru мы как-то публиковали расчёт для упаковочной линии — там как раз сравнивали TCO шагового и сервопривода на 5 лет. Шаговик выиграл не по точности, а по стоимости владения: замена раз в 3 года против ежегодной профилактики сервосистем.

Сервоприводы: за что платят

Если брать японские сервы вроде Mitsubishi MR-JE, то их главный плюс — работа на высоких оборотах без потери момента. На том же фрезерном станке с ЧПУ шаговик на 3000 об/мин уже ?плюёт? моментом, а серв легко тянет до 5000.

Но есть нюанс: обратная связь — это не только точность, но и дополнительные точки отказа. Как-то на линии паллетирования энкодер сервопривода забился пылью — и всё, ось встала в ошибку. Пришлось ставить дополнительные щитки.

Кстати, многие не учитывают, что сервопривод требует квалификации настройщика. Я видел, как на одном из заводов под Челябинском инженеры неделю бились с автокалибровкой ПИД-ов — в итоге переставили на шаговики, и проблема ушла.

Гибридные случаи и компромиссы

Сейчас появились так называемые closed-loop шаговики — типа тех же AMS от ORIENTAL MOTOR. По сути, это шаговый двигатель с энкодером, но не полноценный сервопривод. На тестах видно: момент держат лучше обычного шаговика, но динамика отклика всё равно не дотягивает до сервоприводов.

Мы в Наньцзин Жуцянь Автоматизированное Оборудование пробовали ставить такие на тестовый стенд для фасовочных автоматов. Результат: для 95% операций хватает, но если нужны частые разгоны/торможения с точным позиционированием — лучше доплатить за сервосистему.

Интересно, что для пищевых производств иногда выбирают шаговики именно из-за простоты санитарной обработки — меньше щелей, где может застрять грязь.

Что чаще ошибочно выбирают

Самая частая ошибка — ставить сервопривод ?про запас?, когда по техзаданию хватило бы шагового двигателя. Видел проект, где заложили сервы на все оси координатного стола, хотя по расчётам момент был 2 Нм, а скорость — 10 об/мин. Переплатили в 4 раза.

Другая крайность — пытаться сэкономить на шаговике для дозирования жидкостей. Если там нужна плавность хода на низких оборотах, шаговик будет работать рывками из-за дискретности, даже с микростеппингом.

Наш отдел разработки в https://www.rq-automation.ru как-то составлял таблицу выбора: для статических нагрузок — шаговик, для динамических с переменным моментом — сервопривод. Но есть пограничные зоны, где решение принимается по стоимости простоя оборудования.

Перспективы и личный опыт

Сейчас всё чаще идёт речь о замене шаговиков на сервоприводы малой мощности — цены сближаются. Но я бы не стал списывать шаговые двигатели со счетов: для задач типа позиционирования заслонок или конвейерных остановов они ещё лет 10 точно будут актуальны.

Из последнего: тестировали китайский сервопривод на замену шаговику в станке для резки пенопласта. Точность улучшилась на 15%, но общая стоимость решения выросла в 2.3 раза — заказчик отказался.

Если резюмировать: выбор между сервом и шаговиком — это всегда компромисс между точностью, динамикой, надёжностью и ценой. И да, почти всегда нужно считать не стоимость компонентов, а стоимость владения на 3-5 лет вперёд.