伺服電機控制能否代替步進電機控制 交流伺服電機和步進電機的區別

伺服電機是控制伺服系統中機械元件運行的發動機，是輔助電機的間接變速裝置。伺服電機可以精確控制速度和位置，并將電壓信號轉換成扭矩和轉速來驅動被控對象。伺服電機轉子速度由輸入信號控制，并能快速響應。在自動控制系統中，它作為執行機構，具有機電時間常數小、線性度高、啟動電壓低等特點。它可以將接收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度并輸出。它分為兩類：DC伺服電機和交流伺服電機。它的主要特點是信號電壓為零時，沒有旋轉現象，轉速隨著扭矩的增加而勻速下降。

交流伺服電機的結構可分為兩部分，即定子部分和轉子部分。定子的結構與旋變器基本相同，定子鐵芯內放置90度電角度的兩相繞組。一組是勵磁繞組，另一組是控制繞組。交流伺服電機是兩相交流電機。當使用交流伺服電機時，恒定的勵磁電壓Uf施加到勵磁繞組的兩端，控制電壓Uk施加到控制繞組的兩端。當電壓施加到定子繞組時，伺服電機將快速轉動。電流通過勵磁繞組和控制繞組在電機中產生旋轉磁場，旋轉磁場的旋轉方向決定電機的旋轉方向。當施加到任何繞組上的電壓反向時，旋轉磁場的方向就會改變，電機的方向也隨之改變。

步進電機是將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的開環控制電機。它是現代數字程控系統的主要執行部件，應用廣泛。在非過載情況下，電機的轉速和停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，不受負載變化的影響。步進驅動器接收到脈沖信號后，驅動步進電機在設定的方向旋轉一個固定的角度，稱為“步角”，其旋轉以固定的角度步進運行。角位移可以通過控制脈沖數來控制，從而達到精確定位的目的；同時，可以通過控制脈沖頻率來控制電機的速度和加速度，從而達到調速的目的。

步進電機是感應電機的一種。其工作原理是利用電子電路將直流電轉換成分時供電和多相定時控制電流。只有用這個電流給步進電機供電，步進電機才能正常工作。驅動器是一個多相定時控制器，分時向步進電機供電。

雖然步進電機已經得到了廣泛的應用，但步進電機并不像普通的DC電機，常用的是交流電機。只有由雙環脈沖信號和功率驅動電路組成的控制系統才能使用。所以步進電機不好用，涉及到機械、電機、電子、計算機等很多專業知識。步進電機作為執行器，是機電一體化的關鍵產品之一，廣泛應用于各種自動控制系統中。隨著微電子技術和計算機技術的發展，對步進電機的需求日益增加，并已應用于國民經濟的各個領域。

　　伺服電機控制是否可以代替步進電機控制

在具體應用中，當終端負載穩定、動作簡單、運行基本低速時，選擇成本低、易于控制的步進電機為合適；但當終端負荷大范圍波動時，動作簡單，運行基本處于低速狀態，如果選用步進電機，會面臨一系列的麻煩，因為方波驅動的步進電機難以消除振動和噪聲，會因轉矩波動而引起失步或超調。事實上，當終端負載的波動范圍較大時，即使基本上是低速運行，也應該選擇伺服電機，因為在考慮了效率提高、節能、控制精度提高等因素后

　　用伺服電機替代步進電機時應注意哪些問題呢？

1.為保證控制系統變化不大，應選用數字伺服系統，但仍可采用原脈沖控制方式；

2.由于伺服電機過載能力強，伺服電機的額定轉矩可以參考原步進電機額定輸出轉矩的1/3來確定。

3.因為伺服電機的額定轉速比步進電機高很多，所以好加一個減速器，使伺服電機以接近額定轉速的速度工作，這樣就可以選擇功率較低的電機來降低成本。

　　當前伺服電機趨向步進化的具體表現：

1.體積小效率高：采用新的永磁材料，優化電機設計，體積小的電機也能產生很大的扭矩。同類型電機搭配不同驅動器時，輸出扭矩不同；當相同體積的電機采用不同的繞組形式和不同的極數時，輸出功率也不同。

2.抗沖擊扭矩：扭矩可達額定扭矩的數倍；

3.采用高磁能產品的高性能磁性材料；

　　4、電機和驅動器上均可帶有溫度監視器。

　　伺服電機控制是否可以替代步進電機控制

　　1.步進電機、伺服電機都是控制電機，主要用于精密定位控制用途。特別是伺服電機，數控系統常用電機。一般使用控制器+驅動器+伺服（步進）電機+聯軸器+絲杠副+導軌不需要減速器的，因為伺服和步進速度根據脈沖頻率可以大范圍調節速度。

　　2.伺服電機是閉環控制，步進一般開環控制。伺服精密，比步進貴。

　　3.伺服，步進都是用于定位使用情況下，比如，從原點以一定的速度運動到10mm再到25mm停止返回。

　　4.二者都是特種電機，都能精確控制速度。但是二者控制速度的原理不同：伺服電機是閉環控制（通過編碼器反饋等完成），即會實時測定電機的速度；步進電機是開環控制，輸入一個脈沖步進電機就會轉過一固定的角度，但是不對速度進行測定。

　　交流伺服電機與步進電機之間的區別

　　交流伺服電機與步進電機的主要區別是步進電機是開環（沒編碼器）控制，如果負載過大或有卡阻會丟步，伺服電機是閉環控制（有編碼器），不會出現丟步的情況，穩定性和精度更高。

　　步進電機是一種離散運動的裝置，它和現代數字控制技術有著本質的聯系。在目前國內的數字控制系統中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統的出現，交流伺服電機也越來越多地應用于數字控制系統中。為了適應數字控制的發展趨勢，運動控制系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異?，F就二者的使用性能作一比較。

　　一、控制精度不同

　　兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為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電機的步距角。

　　交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。

　　二、低頻特性不同

　　步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。

　　交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統調整。

　　三、矩頻特性不同

　　步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。

　　四、過載能力不同

　　步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其轉矩為額定轉矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。

　　五、運行性能不同

　　步進電機的控制為開環控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統為閉環控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環和速度環，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。

　　六、速度響應性能不同

　　步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

　　綜上所述，交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以，在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。