伺服電機的控制方法有哪些？它與步進電機的控制區(qū)別在哪？

步進電機(Stepper Motor)和伺服電機(Servo Motor)是在工業(yè)領域中常見的兩種電動機類型。步進電機和伺服電機的區(qū)別主要體現(xiàn)在工作原理、控制方式、輸出轉矩特性以及控制系統(tǒng)復雜性等方面。通過理解它們的區(qū)別和特點，可以更好地選擇適合的電機類型，并在相應的應用中發(fā)揮出最佳的性能和效果。

1.工作原理方面的區(qū)別

步進電機是通過依次激活每個電磁線圈的方式來實現(xiàn)轉動的。當電流經過每個線圈時，電磁力將引起轉子對齒輪或傳動系統(tǒng)的轉動。每次激活電磁線圈，轉子就會以固定的角度移動一步。因此，步進電機的運動是離散的，可以精確控制每一步的位置。

相比之下，伺服電機是通過反饋控制系統(tǒng)來實現(xiàn)精確控制和定位。伺服電機的系統(tǒng)結構包括一個電機、編碼器和反饋控制器。編碼器會實時監(jiān)測電機轉子的位置，并將數(shù)據(jù)反饋給控制器?？刂破鞲鶕?jù)所需位置和實際位置之間的差異來調整電機的轉速和力矩輸出，以確保精確的運動控制。

2.控制方式的區(qū)別

步進電機通常使用開環(huán)控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，控制器向電機發(fā)送指令，而電機按照指令執(zhí)行相應的動作。由于步進電機的每一步是離散的，且任意兩步之間存在固定的角度，所以在正常條件下，不需要進行位置反饋。這使得步進電機系統(tǒng)相對簡單，控制方式也相對簡單。

而伺服電機一般采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)通過實時的位置反饋來控制電機的轉動。編碼器監(jiān)測電機轉子的實際位置，并將該信息反饋給控制器?？刂破髋c輸入的位置指令進行比較，并根據(jù)差異對電機進行調整。這種閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠提供更高的控制精度和穩(wěn)定性，適用于需要高精度定位的應用。

3.輸出轉矩的特性差異

步進電機通常具有高轉矩輸出，尤其在低速運轉時，其輸出轉矩性能優(yōu)于伺服電機。這使得步進電機在需要承載較大負載或具有較高靜態(tài)轉矩要求的應用中表現(xiàn)出色。然而，在高速運行或加速/減速過程中，步進電機的輸出轉矩會顯著下降，造成控制系統(tǒng)的動態(tài)響應性能不佳。

伺服電機則具有較為平滑和穩(wěn)定的轉矩輸出特性。通過閉環(huán)控制系統(tǒng)，伺服電機可以在整個速度范圍內提供穩(wěn)定的轉矩輸出。這使得伺服電機適用于需要高速運行、高加速/減速性能以及精確定位的應用。

4.控制系統(tǒng)復雜性的差異

由于步進電機使用開環(huán)控制，其控制系統(tǒng)相對簡單，僅需提供適當?shù)拿}沖信號即可實現(xiàn)基本的轉動。這使得步進電機較為容易集成到各種控制系統(tǒng)中，成本相對較低。

伺服電機的控制系統(tǒng)相對復雜，需要編碼器和反饋控制器等組件，以實現(xiàn)閉環(huán)控制。這使得伺服電機的集成要求更高，成本也相對較高。但它的高精度和穩(wěn)定性在某些應用中是必不可少的。

區(qū)別1：不同的控制方法

步進電機通過控制脈沖數(shù)來控制旋轉角度。一個脈沖對應于一個步距角。伺服電機通過控制脈沖時間來控制旋轉角度。

差異2：所需的工作設備和工作流程不同

步進電機所需的電源(所需電壓由驅動器參數(shù)給出)、脈沖發(fā)生器(現(xiàn)在大多數(shù)使用平板)、步進電機和驅動器(驅動器設置步距角。如果步距角設置為0.45°，則給出脈沖，電機移動0.45°);

其工作流程是步進電機一般需要兩個脈沖：信號脈沖和方向脈沖。

伺服電機所需的電源是開關(繼電器開關或繼電器卡)和伺服電機;其工作流程是電源連接開關，然后是伺服電機。

差異3：不同的低頻特性

步進電機在低速時容易發(fā)生低頻振動。振動頻率與負載條件和駕駛員的性能有關。一般認為，振動頻率為電機空載跳躍頻率的一半。這種由步進電機的工作原理確定的低頻振動現(xiàn)象對機器的正常運行非常不利。

當步進電機低速工作時，通常應使用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象，例如在電機上添加阻尼器或在驅動器上使用細分技術。交流伺服電機運行非常平穩(wěn)，即使在低速下也不會振動。

交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可以覆蓋機械的剛度不足，系統(tǒng)內部提供頻率分析功能(FFT)，可以檢測機械的共振點，便于系統(tǒng)調整。

差異4：不同的扭矩頻率特性

步進電機的輸出轉矩隨著速度的增加而減小，并且在更高的速度下將急劇下降。因此，最大工作速度一般為300-600r/min。

交流伺服電機具有恒定轉矩輸出，即在額定轉速范圍內(一般為2000或3000 R/min)輸出額定轉矩，在額定轉速以上輸出恒定功率。

差異5：不同的過載能力

步進電機通常沒有過載能力。

交流伺服電機具有很強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和扭矩過載的能力。最大扭矩是額定扭矩的3倍，可用于克服起動時慣性負載的慣性力矩。

(由于步進電機沒有這樣的過載能力，為了克服這一慣性力矩，在選擇時通常需要選擇一個扭矩大的電機，而機器在正常運行時不需要這么大的扭矩，這會導致扭矩浪費。)

差異6：不同的速度響應性能

步進電機從靜態(tài)加速到工作速度(通常為每分鐘幾百轉)需要200-400ms。交流伺服系統(tǒng)具有良好的加速性能。以松下msma400w交流伺服電機為例，它從靜態(tài)加速到3000r/min的額定速度。它只需幾毫秒，可用于需要快速啟動和停止的控制場合。

坦率地說，磁極對的數(shù)量大，速度慢，控制角大，電源線引腳都是步進電機，功率通常很低。

具有高精度和高速度，可用于速度、位置和扭矩控制。電源線為UVW三線，通常為伺服電機。極數(shù)通常不超過5，功率從幾十瓦到幾十千瓦。

讓我們來看看步進電機和伺服電機的概念。

伺服電機可以使控制速度和位置精度非常精確，并可以將電壓信號轉換為扭矩和速度來驅動控制對象。

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1.步進電機和伺服電機的控制精度不同。兩相混合式步進電機的步距角一般為1.8°，三相混合式步進電機的步距角為1.2°。還有一些高性能的步進電機具有較小的步進角。

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。對于帶有標準2500線編碼器的伺服電機，由于驅動器采用了四倍頻技術，脈沖當量為360°/10000=0.036°。

對于絕大多數(shù)用戶來說，光電傳感器的機械傳輸精度和定位精度都不如步進電機伺服電機的物理精度高。沒有必要單方面追求電機的最高精度。

2.步進電機和伺服電機的轉矩頻率特性不同。

步進電機的輸出轉矩隨著轉速的增加而減小，在較高轉速下會急劇下降，因此最大工作轉速一般為0-900 rpm。交流伺服電機為恒轉矩輸出，即在額定轉速范圍內(一般為1000~3000rpm)輸出額定轉矩。

3.步進電機和伺服電機具有不同的過載能力。

4.步進電機和伺服電機具有不同的操作性能。步進電機的控制是開環(huán)控制。如果起動頻率過高或負載過大，很容易失去階躍或阻塞轉子。如果速度太高，很容易超調。因此,為保證其控制精度,應妥善處理提速和降速問題。，

5.交流伺服驅動系統(tǒng)是閉環(huán)控制。驅動器可以直接采樣電機編碼器的反饋信號。位置環(huán)和速度環(huán)在內部形成。一般來說，步進電機不會出現(xiàn)階躍損失或超調，控制性能更可靠。伺服電機是一個閉環(huán)系統(tǒng)，伺服驅動器可以自動校正丟失的脈沖，并在堵轉的情況下及時反饋給控制器。雖然步進電機是開環(huán)系統(tǒng)，但必須使用足夠的轉矩裕度以避免堵轉。

6.步進電機和伺服電機的速度響應性能不同。

7.步進電機從靜態(tài)加速到工作速度需要100-2000毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能良好。從靜止加速到3000rpm的額定速度只需幾毫秒?？捎糜谛枰焖賳雍屯Ｖ沟目刂茍龊?。

步進電機和伺服電機分別為： 控制元件在工業(yè)傳動控制領域得到了廣泛的應用。但是步進電機和伺服電機有什么區(qū)別呢?只有了解步進電機和伺服電機的區(qū)別，才能準確判斷是使用步進電機還是伺服電機。

在越來越多的高標準工業(yè)自動化應用中，技術進步正在改變步進電機和伺服電機之間的性能成本比。

采用閉環(huán)技術后，閉環(huán)步進電機為用戶提供了卓越的精度和效率，不僅可以實現(xiàn)伺服電機的性能，而且具有步進電機價格低廉的優(yōu)勢。成本較低的步進電機正逐漸滲透到以高成本伺服電機為主的應用領域。

步進電機與伺服電機的比較

根據(jù)傳統(tǒng)概念，伺服控制系統(tǒng)的性能在需要800 rpm以上速度和高動態(tài)響應的應用中更為優(yōu)異。步進電機更適合低速、低至中等加速度和高保持扭矩的應用。