步进电机驱动系统与交流伺服电机系统区别

步进电机驱动系统与交流伺服电机系统区别步进电机是一种离散运动的装置，在目前国内数字控制系统中的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的发展，交流伺服电机越来越多地应用于数字控制系统中。在数字控制系统发展的大趋势下，运动控制中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异，现就二者在性能和应用方面的差别作一比较。一、控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°；五相混合式步进电机的步距角一般为0.72°、0.36°；反应式步进电机和一些高性能的混合式步进电机的步距角可以做到更小。例如北京四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角仅为0.09°；德国百格拉公司（BERGERLAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。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。以北微生产的全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°，是步距角为1.8°的步进电机脉冲当量的1/50；对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收2的17次方（=131072）个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°，是步距角为1.8°的步进电机脉冲当量的1/655。可见交流伺服电机的控制精度远远高于步进电机驱动系统。二、低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象，振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半，这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或选用成本较高的采用细分技术的步进驱动器来加以缓解。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。采用绝对值型编码器的交流伺服系统具有共振抑制功能，系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，以便于系统调整。三、矩频特性不同步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在转速较高时会急剧下降，其最高工作转速一般在300～600RPM；而交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为1000RPM-3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。四、过载能力不同步进电机一般不具有过载能力；而交流伺服电机具有较强的过载能力。以北微生产的交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力，其最大转矩为额定转矩的两倍以上，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作状态又不需要那么大的转矩，便出现了容量浪费的现象。五、运行性能不同步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大时易出现丢步或堵转的现象，停止转速过高时易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，必须预先处理好升降速问题；交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲现象，控制性能更为可靠。六、速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。七、控制方式不同步进电机一般只能接收脉冲信号，而伺服电机可在模拟量和脉冲两种控制方式下工作，国内伺服电机这几年开始大量使用总线控制方式。综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在大量要求不高的场合，选用步进电机做执行电机最符合经济实用的原则。所以，在设计过程中必须综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。如何正确选择伺服电机和步进电机？主要视具体应用情况而定，要根据负载的特点（如水平还是垂直负载等）、转矩、惯量、转速、精度、加减速要求、上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），还要看主要控制方式是位置、转矩还是速度方式，供电电源是直流、交流亦或是电池，电压范围等。据此确定电机和配用驱动器或控制器的型号。两者的具体特点比较：步进电机系统伺服电机系统力矩范围：中小力矩（一般在20Nm以下）小、中、大，全范围速度范围：低（一般1000RPM以下）高（可达5000RPM）,直流伺服电机更可达1~2万转/分控制方式：以位置控制为主控制方式多样化，位置/转速/转矩/总线控制平滑性：低速时有振动（靠细分驱动器改善）好，运行平滑精度：一般较低（细分驱动时较高）高（取决于反馈装置的分辨率）矩频特性：高速时力矩下降快力矩特性好，特性较硬过载特性：过载时会失步可3~10倍过载（短时）反馈方式：多为开环控制（也可接编码器防失步）闭环方式，编码器反馈编码器类型：可安装，反馈算法都要另加光电型旋转编码器（增量型/绝对值型），旋转变压器型响应速度：一般快耐振动：好一般（旋转变压器型可耐振动）温升：运行温度高一般维护性：基本可以免维护较好价格：低较高