[步进电机]步进电机与交流伺服电机控制模式有什么区别？

 

步进电机作为一种开环控制系统，与现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机得到了广泛的应用。随着数字交流伺服系统的出现，交流伺服电机在数字控制系统中的应用越来越广泛。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统多采用步进电机或全数字交流伺服电机作为执行电机。虽然它们在控制方式(脉冲串和方向信号)上相似，但在性能和应用上却有很大的不同。现在我们来比较一下他们的表现。

1、控制精度不同

两相混合式步进电机的步进角一般为1.8°、0.9°，五相混合式步进电机的步进角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能步进电机，细分后步进角度较小。两相混合式步进电机的步角由sanyodenki公司可以设置为1.8°,0.9°,0.72°,0.36°,0.18°,0.09°,0.072°,0.036°通过拨开关,这是兼容的角步的两相混合式步进电机和五个阶段。

交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字交流伺服电机为例，对于带有标准2000线编码器的电机，由于驱动内部采用四倍频技术，其脉冲当量为360°/ 8000 = 0.045°。对于带17位编码器的电机，驱动端每接收131072个脉冲电机，即其脉冲当量为360°/ 131072 = 0.0027466°，是阶跃角度为1.8°的步进电机脉冲当量的1 / 655。

2、种不同的低频特性

步进电机在低速时容易产生低频振动。振动频率与驱动器的负载和性能有关。一般认为，振动频率是电机空载起飞频率的一半。这种由步进电机工作原理决定的低频振动现象对机器的正常运行非常不利。步进电机在低速运行时，应采用阻尼技术来克服低频振动现象，如在电机上加阻尼器或在驱动器上细分技术等。

交流伺服电机运行非常平稳，即使在低速下也没有振动。交流伺服系统具有共振抑制功能，可以弥补机械刚性的不足。此外，系统还具有频率分析功能(FFT)，可以检测机械谐振点，方便系统调整。

3、种不同的矩频特性

步进电机的输出转矩随着转速的增加而减小，转速越高转矩急剧减小，其最大工作转速一般为300-600 rpm。交流伺服电机为恒转矩输出，即在额定转速(一般为2000转/分或3000转/分)范围内输出额定转矩，在额定转速以上输出恒功率。

4、不同过载能力

步进电机一般没有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以三洋交流伺服系统为例，该系统具有速度过载和转矩过载的能力。最大转矩为额定转矩的2 ~ 3倍，可用于克服起动时刻惯性负载的惯性矩。由于步进电机没有这种过载能力，为了克服这种惯性矩，往往需要选择转矩较大的电机，而机器在正常运行时并不需要那么大的转矩，所以存在转矩浪费的现象。

5、不同运行性能

步进电机的控制为开环控制，当启动频率过高或负载过大时容易丢失步进或锁定转子，电机停止时速度过高时容易超调。因此，为了保证控制精度，应妥善处理提速和降速问题。交流伺服驱动系统是一个闭环控制系统。驱动程序可以直接对电机编码器的反馈信号进行采样。内部结构是一个位置回路和一个速度回路。步进电机一般无失步或超调，控制性能更可靠。

6、种不同的速度响应性能

步进电机从静止状态加速到工作速度(通常为每分钟几百转)需要200-400ms。交流伺服系统具有良好的加速性能。以松下msma400w交流伺服电机为例，从静止加速到额定转速3000rpm仅需几毫秒，可用于需要快速启动和停止的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在很多方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合，常采用步进电机作为执行电机。因此，在设计控制系统的过程中，应考虑控制要求、成本等因素，选择合适的控制电机。