伺服電機和步進電機的性能比較　　

步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(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，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)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(yīng)用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較?！　?/span>

一、控制精度不同　　兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°，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通過細分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產(chǎn)的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(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電機的步距角?！　〗涣魉欧姍C的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當(dāng)量的1/655?！　?/span>

二、低頻特性不同　　步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，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(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進電機工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等?！　〗涣魉欧姍C運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整?！　?/span>

三、矩頻特性不同　　步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其zui高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，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。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，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(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象?！　?/span>

五、運行性能不同　　步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠?！　?/span>

六、速度響應(yīng)性能不同　　步進電機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，以山洋400W交流伺服電機為例，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合?！　【C上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)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(dāng)?shù)目刂齐姍C。

伺服電機的選型計算方法　　

一、轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認?！　?/span>

二、電機軸上負載力矩的折算和加減速力矩的計算?！　?/span>

三、計算負載慣量，慣量的匹配，安川伺服電機為例，部分產(chǎn)品慣量匹配可達50倍，但實際越小越好，這樣對精度和響應(yīng)速度好?！　?/span>

四、再生電阻的計算和選擇，對于伺服，一般2kw以上，要外配置?！　?/span>

五、電纜選擇，編碼器電纜雙絞屏蔽的，對于安川伺服等日系產(chǎn)品值編碼器是6芯，增量式是4芯。
如何將伺服電機改成連續(xù)轉(zhuǎn)動　　將伺服電機改成連續(xù)轉(zhuǎn)動　　任何伺服電機都可以改成雙向變速電機。通常來說控制電機的速度和方向是需要一個電機驅(qū)動芯片以及其他一些元件的，而伺服電機上這些元件已經(jīng)都具備了。改裝伺服電機是zui常見且zui廉價的，獲取機器人里用的數(shù)字控制變速器的方法，這樣就得到一個連續(xù)轉(zhuǎn)動的伺服電機。這個改動，部分是機械的，部分是電氣的。電氣的改動部分是將電位器改成兩個同阻值的固定電阻，機械的改動部分是將阻止電機轉(zhuǎn)動的限位裝置去掉。
 　　首先拆開伺服電機。HTX500伺服電機殼由三塊塑料卡接而成，我們可以用小的一字螺絲刀或者類似的薄片將其撬開。從頂上將齒輪拉開，然后從底下小心地將伺服電機的控制電路板拉出來（見圖I）。里面的機械限位有兩個，用尖嘴鉗彎折可以將轉(zhuǎn)動軸旁邊的金屬限位去除，用斜向切割器可以將頂殼上的塑料限位去除（見圖J）。用兩個加起來5kΩ左右的固定電阻來替代5kΩ的電位器，兩個2.2kΩ的電阻就行。將電位器上的三根線解焊下來，再將兩個電阻如圖K所示焊上去。用絕緣膠帶或是熱縮管將這個新組件包好（見圖L），然后將這些電路都塞回到伺服電機殼子里，再把殼子裝好。改裝完成了，現(xiàn)在可以校準(zhǔn)一下這個連續(xù)轉(zhuǎn)動伺服電機，看看起點在哪里。如果兩個電阻阻值相等的話，送到伺服電機是90°角的時候電機能停下來。你的電機可能會有一點偏差，可以試試用先前的程序做實驗看看哪個角度能將電機停住。記住這個值，因為每個伺服電機都不一樣。
 　　兩個連續(xù)轉(zhuǎn)動伺服電機完成一個畫圖機器人 　　用兩個連續(xù)轉(zhuǎn)動伺服電機我們就能完成一個畫圖機器人。采用兩個伺服電機、一個9V電池、一個小面包板、一塊Adafruit Boarduino控制板（Arduino 板的克隆版）、一個Sharpie記號筆還有幾個塑料轉(zhuǎn)盤。這個電路和全景攝像頭的一樣，而且所有的部件也是用熱熔膠粘在一起的。任何直徑在2～7cm的轉(zhuǎn)盤都可以做輪子，比如說塑料的螺絲頂蓋。想加強引力還可以用膠帶將輪子邊緣包起來。伺服電機的設(shè)定和前面一樣，代碼里要用上剛才實驗得到的電機起點位置的變量（你的電機起點位置可能不一樣）。代碼的邏輯讓一個電機朝某個方向移動一段時間，然后換到另一個電機。現(xiàn)在大功告成，你可以去試試你的機器人了（見圖M）。
 
伺服電機安裝使用注意事項　

　一、伺服電機油和水的保護　　

A：伺服電機可以用在會受水或油滴侵襲的場所，但是它不是全防水或防油的。因此， 伺服電機不應(yīng)當(dāng)放置或使用在水中或油侵的環(huán)境中?！　?/span>

B：如果伺服電機連接到一個減速齒輪，使用伺服電機時應(yīng)當(dāng)加油封，以防止減速齒輪的油進入伺服電機?！　?/span>

C：伺服電機的電纜不要浸沒在油或水中?！?/span>

　二、伺服電機電纜→減輕應(yīng)力　　

A：確保電纜不因外部彎曲力或自身重量而受到力矩或垂直負荷，尤其是在電纜出口處或連接處?！　?/span>

B：在伺服電機移動的情況下，應(yīng)把電纜（就是隨電機配置的那根）牢固地固定到一個靜止的部分（相對電機），并且應(yīng)當(dāng)用一個裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應(yīng)力可以減到zui小?！　?/span>

C：電纜的彎頭半徑做到盡可能大?！　?/span>

三、伺服電機允許的軸端負載　　

A：確保在安裝和運轉(zhuǎn)時加到伺服電機軸上的徑向和軸向負載控制在每種型號的規(guī)定值以內(nèi)。　　

B：在安裝一個剛性聯(lián)軸器時要格外小心，特別是過度的彎曲負載可能導(dǎo)致軸端和軸承的損壞或磨損。　　

C：用柔性聯(lián)軸器，以便使徑向負載低于允許值，此物是專為高機械強度的伺服電機設(shè)計的?！　?/span>

D：關(guān)于允許軸負載，請參閱“允許的軸負荷表”（使用說明書）。　　

四、伺服電機安裝注意　　

A：在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機軸端時，不要用錘子直接敲打軸端。（錘子直接敲打軸端，伺服電機軸另一端的編碼器要被敲壞）?！?/span>

　B：竭力使軸端對齊到*狀態(tài)（對不好可能導(dǎo)致振動或軸承損壞）。
步進電機和交流伺服電機性能比較　　步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(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，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)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(yīng)用場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(chǎn)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(chǎn)的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(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電機的步距角?！　〗涣魉欧姍C的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當(dāng)量的1/655?！　?/span>

二、低頻特性不同　　步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，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(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進電機工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等?！　〗涣魉欧姍C運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整?！　∪?、矩頻特性不同　　步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其zui高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，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?！　∷?、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(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象?！　∥濉⑦\行性能不同　　步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠?！　×?、速度響應(yīng)性能不同　　步進電機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合?！　【C上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)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(dāng)?shù)目刂齐姍C。