伺服电机与步进电机的区别和性能比拟.docx

伺服电机与步进电机的区别和性能比拟网络转载导语：严格来讲，步进电机也属于伺服电机的一种，伺服电机是特指可以准确受控的电机(指转速、转角、行程可控等等)，包括直流伺服电机、沟通伺服电机、步进电机，但不严格时那么多数指交/直流伺服电机。严格来讲，步进电机也属于的一种，伺服电机是特指可以准确受控的电机(指转速、转角、行程可控等等)，包括直流伺服电机、沟通伺服电机、步进电机，但不严格时那么多数指交/直流伺服电机。与交直流相比，步进电机最大的特点是转角、转速均可方便的准确控制，控制系统简单，它采用顺序脉冲驱动，依次序在定子间接入不同脉冲电流次序，导致步进电机的齿间磁力差距而拉动转子转动，控制脉冲的数目直接对应着转子的齿步数，因此不严格要求时，可以省略位置传感器，而且停转后有自锁才能，控制起来比交直流电机轻易得多，所以是最常用的伺服电机，十分是在小功率、小体积的电控机械中居统治地位。但步进电机最大的缺点是转矩比拟小、功率比拟小(最大也只是在KW级别)，转动的平顺性也不算好，一般用于小型机电系统。而交的主要优点是功率大(可达数百kw)、转矩大、速度范围极高(可以极慢也可以极快)，而且转矩顺滑、抖动小，一般用于大型、高性能数控系统，但交/直流伺服系统的控制都很复杂，都需要准确的转角传感器或位置传感器做闭环控制，算法复杂，而且本钱高昂、体积庞大。一般采用电压控制，少数也可以采用电流控制，电压或者电流与电机的转速之间存在着一定的函数关系，控制系统根据角度传感器反应的信号，控制这个电机电压，最后到达控制电机的转速或者转角。步进电机原理步进电机作为控制用的特种电机，是将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角)，它的旋转是以固定的步进角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，进而到达准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，进而到达调速的目的，改变绕组的通电顺序，电机就会反转。驱动器原理步进电机需要使用专用的步进电机驱动器驱动，驱动器由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。功率驱动单元将脉冲发生控制单元生成的脉冲放大，与步进电机直接耦合，属于步进电机与微控制器的功率接口。控制指令单元，接收脉冲与方向信号，对应的脉冲发生控制单元对应生成一组相应相数的脉冲，经过功率驱动单元后送到步进电机，步进电机在对应方向上转过一个步距角。驱动器的脉冲给定方式决定了步进电机运行方式，如下：1m相单m拍运行2m相双m拍运行3m相单、双m拍运行4细分驱动，需要驱动器给出不同幅值的驱动信号步进电机有一些重要的技术数据，如最大静转矩、起动频率、运行频率等。一般来讲步距角越小，电机最大静转矩越大，那么起动频率和运行频率越高，所以运行方式中强调了细分驱动技术，该方式进步了步进电机的转动力矩和分辨率，完全消除了电机的低频振荡。所以细分驱动器驱动性能优与其他类型驱动器。内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反应信号给驱动器，驱动器根据反应值与目的值进展比拟，调整转子转动的角度。伺服电机原理伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或者角速度输出。分为直流和沟通伺服电动机两大类。伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，进而实现位移，由于，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数目的脉冲，这样，和伺服电机承受的脉冲形成了闭环，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就可以很准确的控制电机的转动，进而实现准确的定位。在性能上比拟，沟通伺服电机要优于直流伺服电机，沟通伺服电机采用正弦波控制，转矩脉动小，容量可以比拟大。直流伺服电机采用梯形波控制，相对差一些。直流伺服电机中无刷伺服电机比有刷伺服电机要性能要好。伺服电机驱动器伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反应信号给驱动器，驱动器根据反应值与目的值进展比拟，调整转子转动的角度。有刷直流伺服电机驱动器：电动机的工作原理和普通的直流电机完全一样，驱动器为三闭环构造，从内到外分别为电流环、速度环、位置环。电流环的输出控制电机的电枢电压，电流环的输入为速度环PID的输出，速度环的输入为位置环的PID输出，位置环的输入即是给定输入，控制原理图如上图。无刷直流伺服电机驱动器：供电电源为直流，经过内部的三相逆变器逆变成U/V/W的沟通电，供应电动机，驱动器同样采用三闭环控制构造电流环、速度环、位置环，驱动控制原理同上。沟通伺服电机驱动器：大体可以划分为功能比拟独立的功率板和控制板两个模块，控制板通过相应的算法输出PWM信号，作为驱动电路的驱动信号，来改逆变器的输出功率，以到达控制三相永磁式同步沟通伺服电机的目的。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或市电进展整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或者市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步沟通伺服电机，简单的讲是AC-DC-AC的变流经过。控制单元是整个沟通伺服系统的核心,实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制。伺服电机与步进电机的性能比拟控制精度：步进电机的相数和拍数越多，它的准确度就越高，伺服电机取块于自带的编码器，编码器的刻度越多，精度就越高；低频特性：步进电机在低速时易出现低频振动现象，当它工作在低速时一般采用阻尼技术或者细分技术来克制低频振动现象，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；矩频特性：步进电机输出力矩随转速的升高而下降，高速时会急剧下降，伺服电机在额定转速内为恒力矩输出，在额定转速上为恒功率输出；过载才能：步进电机不具备过载才能，伺服电机有较强的过载才能；运行性能：步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或者负载过大易丢步或者堵转的现象，停顿时转速过高易出现过冲现象，沟通伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反应信号进展采样，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者过冲的现象，控制性能更为可靠；速度响应性能：步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒，而沟通伺服系统的加速性能较好，一般只需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。