伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別
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(guó)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(lái)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(shì)，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(chǎng)合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。
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(guó)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(guò)撥碼開(kāi)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(duì)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(duì)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)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(duì)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(lái)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(cè)出機(jī)械的共振點(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300～600RPM。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(guò)載能力不同
步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)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](méi)有這種過(guò)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(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問(wèn)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(duì)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(guò)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200～400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(chǎng)合。
綜上所述，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(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)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)。
((((((伺服的解釋)))))
伺服就是一個(gè)提供閉環(huán)反饋信號(hào)來(lái)控制位置和轉(zhuǎn)速.
伺服在半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用極其廣泛,例如在涂膠機(jī),光刻機(jī)等設(shè)備上均有,下面就關(guān)于伺服電機(jī)的相關(guān)問(wèn)題作出了整理,希望在今后的工作中能帶來(lái)幫助.
1.伺服電機(jī)為什么不會(huì)丟步？
伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收電機(jī)編碼器的反饋信號(hào)，并和指令脈沖進(jìn)行比較，從而構(gòu)成了一個(gè)位置的半閉環(huán)控制。所以伺服電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，每一個(gè)指令脈沖都可以得到可靠響應(yīng)。
2.對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行機(jī)械安裝時(shí)，應(yīng)特別注意什么？
由于每臺(tái)伺服電機(jī)后端部都安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，它是一個(gè)十分易碎的精密光學(xué)器件，過(guò)大的沖擊力肯定會(huì)使其損壞。
3.如何調(diào)節(jié)伺服電機(jī)，調(diào)節(jié)伺服電機(jī)有幾種方式？
答：使用Twin Line軟件對(duì)電機(jī)的PID參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、電子齒輪比等進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.我們想用伺服電機(jī)替換產(chǎn)品中的步進(jìn)電機(jī)，應(yīng)注意哪些問(wèn)題？
A.為了保證控制系統(tǒng)改變不大，應(yīng)選用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，仍可采用原來(lái)的脈沖控制方式；
B.由于伺服電機(jī)都有一定過(guò)載能力，所以在選擇伺服電機(jī)時(shí)，經(jīng)驗(yàn)上可以按照所使用的步進(jìn)電機(jī)輸出扭矩的1/3來(lái)參考確定伺服電機(jī)的額定扭矩；
C.伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速比步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要高的多，為了充分發(fā)揮伺服電機(jī)的性能，最好增加減速裝置，讓伺服電機(jī)工作在接近額定轉(zhuǎn)速下，這樣也可以選擇功率更小的電機(jī)，以降低成本。
5.用脈沖方式控制伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)?
一可靠性高，不易發(fā)生飛車事故。用模擬電壓方式控制伺服電機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)接線接錯(cuò)或使用中元件損壞等問(wèn)題時(shí)，有可能使控制電壓升至正的最大值。這種情況是很危險(xiǎn)的。如果用脈沖作為控制信號(hào)就不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題。
二 信號(hào)抗干擾性能好。數(shù)字電路抗干擾性能是模擬電路難以比擬的。
當(dāng)然目前由于伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器的限制，用脈沖方式控制伺服電機(jī)也有一些性能方面的弱點(diǎn)。一是伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖工作方式脫離不了位置工作方式，二是運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器如何用足夠高的脈沖信號(hào)傳遞信息。
這兩個(gè)根本的弱點(diǎn)使脈沖控制伺服電機(jī)有很大限制。
(1)控制的靈活性大大下降。這是因?yàn)樗欧?qū)動(dòng)器工作在位置方式下，位置環(huán)在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部。這樣系統(tǒng)的PID參數(shù)修改起來(lái)很不方便。當(dāng)用戶要求比較高的控制性能時(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)很困難。從控制的角度來(lái)看，這只是一種很低級(jí)的控制策略。如果控制程序不利用編碼器反饋信號(hào)，事實(shí)上成了一種開(kāi)環(huán)控制。如果利用反饋控制，整個(gè)系統(tǒng)存在兩個(gè)位置環(huán)，控制器很難設(shè)計(jì)。在實(shí)際中，常常不用反饋控制，但不定時(shí)的讀取反饋進(jìn)行參考。這樣的一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，如果運(yùn)動(dòng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器之間的信號(hào)通道上產(chǎn)生干擾，系統(tǒng)是不能克服的。
(2)控制的快速性速度不高。
6.伺服驅(qū)動(dòng)器的“4”號(hào)報(bào)警是什么意思，?
答：這是電機(jī)傳感器錯(cuò)誤，或者是編碼器與電機(jī)的連線沒(méi)有連接好，或者是動(dòng)力電源缺相。
7.伺服驅(qū)動(dòng)器“2”號(hào)報(bào)警，怎樣解決，需要調(diào)節(jié)哪些參數(shù)?
答：應(yīng)該調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)的30號(hào)角使其是高電平。
8.如何根據(jù)客戶的要求為客戶選配伺服電機(jī)和減速機(jī)，所選的方案應(yīng)為最佳。
答：根據(jù)功率選取減速機(jī)，選出合適的減速機(jī)尺寸，在根據(jù)減速機(jī)選擇合適的伺服電機(jī)，一定要注意速度的選取。
9.伺服電機(jī)通電以前應(yīng)做哪些檢查工作？
答：檢查電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的連線，連線不能虛連，線不能接錯(cuò)。
10.控制伺服時(shí)，給信號(hào)時(shí)，伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)，振動(dòng)?
答：U，V，W三相接錯(cuò)。
伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Servo System）簡(jiǎn)稱伺服系統(tǒng)，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，例如數(shù)控機(jī)床等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（使用在機(jī)電系統(tǒng)中的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了能夠和絲杠等機(jī)械部件直接相連。伺服電機(jī)有一種專門的小慣量電機(jī)，為了得到極高的響應(yīng)速度。但這類電機(jī)的過(guò)載能力低，當(dāng)使用在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中時(shí)，必須加減速裝置。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量反映了系統(tǒng)的加速度特性，在選擇伺服電機(jī)時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不能大于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的3倍。）較大等特點(diǎn)，這類專用的電機(jī)稱為伺服電機(jī)。當(dāng)然，其基本工作原理和普通的交直流電機(jī)沒(méi)有什么不同。該類電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)單元稱為伺服驅(qū)動(dòng)單元，有時(shí)簡(jiǎn)稱為伺服，一般其內(nèi)部包括電流、速度和/或位置閉環(huán)。
伺服（Servo)是一個(gè)性能上的名詞，一般只要主令和控制結(jié)果的近似達(dá)到了一定高的程度就能稱為伺服，這和機(jī)器的結(jié)構(gòu)沒(méi)有直接的關(guān)系。例如伺服系統(tǒng)都沒(méi)有精確的慣量匹配的范圍，這是因?yàn)閼T量匹配的結(jié)果只要不影響控制對(duì)象對(duì)主令跟隨或影響不大就好了，跟具體是3還是3.5沒(méi)有關(guān)系。伺服系統(tǒng)也不一定是電機(jī)系統(tǒng)，有的氣動(dòng)系統(tǒng)就稱為氣動(dòng)伺服。
伺服系統(tǒng)本質(zhì)上是一種隨動(dòng)系統(tǒng)。只不過(guò)被控量是位移或是其對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。如果要問(wèn)什么是隨動(dòng)系統(tǒng)，就是一個(gè)系統(tǒng)的輸出盡可能以最快，最精確的方式復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)。其衡量的指標(biāo)有超調(diào)量、延遲。
伺服，顧名思義，就是伺候服務(wù)，別人叫干什么就干什么，干的越好就伺服水平就越高，在控制領(lǐng)域也一樣，執(zhí)行輸入信號(hào)越快越真實(shí)，其伺服控制系統(tǒng)的水平也越高。
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