步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較

1、步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較 c。 一、控制精度不同 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6、 1.8，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為

2、0.72 、0.36。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360/10000=0.036。對于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)

3、脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360/131072=9.89秒。是步距角為1.8的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。 二、低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測出機(jī)械的共振

4、點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。 三、矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 四、過載能力不同 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大

5、的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 五、運(yùn)行性能不同 步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 六、速度響應(yīng)性能不同 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 綜

6、上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。寫這個(gè)帖子的人，是賣交流伺服電機(jī)的吧？內(nèi)容基本正確，但是，不全面。樓主用于對比的幾個(gè)部分，有些是可以從另外一個(gè)角度來看的。1、控制精度不同顯然，樓主不知道步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有細(xì)分的概念。兩相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角是1.8度沒錯(cuò)，但是，現(xiàn)在64細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器也很常見了。注意，這個(gè)時(shí)候，電機(jī)是200*64=12800個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈。而市面上常見的交流伺服，編碼器不過是2048或者2500線的。當(dāng)然，有17位編碼器的電機(jī)，不

7、過，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器也有256細(xì)分的。從分辨率而言，交流伺服還是要高一些，但是遠(yuǎn)沒有樓主所寫得那么夸張。而且，既然是說控制精度，那么，用過伺服的人都應(yīng)該知道，伺服的動(dòng)態(tài)重現(xiàn)性是分辨率的多少倍。就常規(guī)設(shè)計(jì)而言，選型時(shí)，要把重現(xiàn)性指標(biāo)乘以5作為伺服反饋的分辨率。這樣，伺服的控制精度真的比伺服好嗎？2、低頻特性不同當(dāng)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)達(dá)到32以上時(shí)，基本就沒有低頻振動(dòng)的問題了。而伺服想保持一個(gè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定的低速，用過的人應(yīng)該知道參數(shù)有多難調(diào)（只要速度、不要位置的話，還好做一點(diǎn)）3、頻矩特性不同對于轉(zhuǎn)矩，需要補(bǔ)充一點(diǎn)，伺服本身是沒有保持力矩的，而步進(jìn)電機(jī)有保持力矩。區(qū)別在于，伺服電機(jī)的所謂靜止，實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)平衡

8、的過程，電機(jī)不會(huì)真的停在指定位置上（所以交流伺服的重現(xiàn)性要定到反饋分辨率的3-5倍，而步進(jìn)電機(jī)重現(xiàn)性可以比分辨率更高）。4、過載能力不同這個(gè)沒有什么可說的，不過對于力矩浪費(fèi)的說法，還是有點(diǎn)意見。很多步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器提供了半流功能，在不需要全力矩輸出的時(shí)候，可以降低電流，減小力矩。5、運(yùn)行性能不同丟步確實(shí)是步進(jìn)電機(jī)的致命缺陷，但是，伺服就可以不考慮加減速的曲線嗎？你真給一個(gè)階躍信號(hào)試試，電機(jī)會(huì)有多大的抖動(dòng)。不過抖歸抖，最終還是會(huì)停在正確的位置上，這確實(shí)比步進(jìn)強(qiáng)。如果是定位控制，這個(gè)抖動(dòng)無所謂了，如果是過程控制，誰敢這么用？6、速度響應(yīng)性能不同因?yàn)榻涣魉欧梢杂兴查g大扭矩輸出，所以加速性能可能比步進(jìn)強(qiáng)，不過松下加到3000RPM用幾毫秒，先試過再來說話好不好？而且說到響應(yīng)，那就不能不說交流伺服的本質(zhì)缺陷滯后。一般電機(jī)，速度環(huán)響應(yīng)2毫秒，位置環(huán)響應(yīng)則很少看到數(shù)據(jù)，一般認(rèn)為是8毫秒。說到快速起停，伺服總是手其響應(yīng)頻率限制，而步