¿Por qué no se utilizan motores paso a paso en sistemas de circuito cerrado y control PID?

El punto principal de un motor paso a paso es que obtiene pasos discretos. Sin embargo, el costo es de mayor tamaño y menor eficiencia que un motor continuo del mismo par. Los motores paso a paso también tienen una velocidad superior baja.

La ventaja de los pasos discretos puede superar las diversas desventajas cuando el sistema se puede controlar en bucle abierto. Si va a proporcionar comentarios y cerrar el ciclo de todos modos, entonces los motores paso a paso le brindan lo peor de ambos mundos. También podría usar un codificador de posición con retroalimentación o un motor con retroalimentación de posición (como algunos CC sin escobillas con sensores Hall).

Agregado

Como señaló Dmitry en un comentario, un bucle de control alrededor de algo que solo se puede ajustar en pasos discretos puede conducir muy fácilmente a la oscilación. El sistema oscilará continuamente entre los dos pasos adyacentes a la respuesta exacta si hay alguna respuesta I no amortiguada. Cuando los pasos discretos son mecánicos, eso puede causar un mayor consumo de energía, desgaste de las piezas y una experiencia de usuario no deseada.

En realidad, esto no es particularmente raro. En los sistemas industriales, los motores paso a paso con retroalimentación de codificador son relativamente comunes. Y para los aficionados, existe, por ejemplo, el proyecto Mechaduino .

Hay varios beneficios al usar retroalimentación con motores paso a paso:

• No pierde posición cuando está sobrecargado.
• Puede manejar cargas de torsión más altas, porque la retroalimentación mantiene la fuerza magnética alineada de manera óptima. En el control paso a paso de lazo abierto, la alineación magnética de par máximo sería cuando el rotor está 1 paso detrás del campo magnético. Pero si el rotor se atrasa más de 1 paso, el par comienza a disminuir y rápidamente se atrasa 4 pasos y pierde pasos.
• El motor funciona más frío porque la retroalimentación ajusta la corriente de control según la carga.

El único inconveniente en comparación con los sistemas paso a paso de bucle abierto es el precio. Sin embargo, el verdadero competidor son los motores BLDC de circuito cerrado, que tienen ventajas sobre los motores paso a paso de circuito cerrado:

• Los motores BLDC solo necesitan 3 canales de controlador push-pull, mientras que los motores paso a paso necesitan 4.
• Los motores BLDC generalmente pueden manejar un rango de velocidad más amplio, aunque esto depende completamente de las opciones de diseño del motor.
• Los motores BLDC tienen menos cogging , por lo que pueden lograr un mejor control de posición.

Esta es la razón por la cual, en proyectos industriales, los motores BLDC son cada vez más comunes en los sistemas de circuito cerrado. Pero para los aficionados, los motores paso a paso con un par alto a menudo pueden ser más baratos que los BLDC con un par similar, y también es una actualización mecánica fácil del motor paso a paso normal.

Siempre que no pierda un paso , un motor paso a paso debería darle un movimiento determinista. Puede ejecutarlo N pasos hacia adelante y N pasos hacia atrás y estará en el mismo lugar. Esto se debe a que los pasos son discretos.

Los problemas surgen si se atasca o intenta conducirlo demasiado rápido. Muchos sistemas tienen un medio simple de restablecerse a un estado conocido a través de un interruptor de límite. por ejemplo, las unidades de disquete tienen un sensor de "pista 0"; al insertar, la computadora moverá la cabeza hacia atrás y hacia adelante hasta que encuentre la pista 0.

He trabajado con sistemas que lograban posiciones y velocidades de rotación extremadamente precisas mediante motores paso a paso de micropasos que luego accionaban un engranaje helicoidal unidireccionalmente. La clave de ese sistema es un codificador lineal envuelto alrededor de la parte giratoria, lo que le brinda un bucle cerrado. Esto fue colocar una rejilla de difracción en un espectrómetro.

Algunas platinas de microscopios motorizados también utilizan un codificador lineal cerca de la muestra. En esta aplicación, la carga o su apalancamiento pueden cambiar lo suficiente como para que el mecanismo se deforme o cambie su juego, lo que significa que contar los pasos desde un interruptor de referencia ya no brinda una posición precisa. Esto puede usarse o no en una configuración de circuito cerrado (es decir, es posible que solo queramos mostrar la posición con una precisión submicrónica, o podemos querer mover la muestra en esos pasos)