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步进电机和交流伺服电机性能比较 点击：27616 | 回复：254



大天使

    
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发表于：2005-04-13 19:32:00
楼主
步进电机和交流伺服电机性能比较 步进电机和交流伺服电机性能比较 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统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。现就二者的使用性能作一比较。 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步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）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。以松下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°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 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，或驱动器上采用细分技术等。 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。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，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，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或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。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，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三倍，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，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 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易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可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的现象，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MSMA 400W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。 综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。
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失落的星辰

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发表于：2008-02-28 11:02:00
201楼
步进的启动转矩是怎么样来算得啊？
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shanty

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发表于：2008-11-11 22:02:18
202楼
支持！！！！！！学习了
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钟瀚程

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发表于：2008-11-12 10:55:18
203楼

学习了。。

 

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海俊

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发表于：2008-11-12 14:36:20
204楼
伺服系统的精度很大程度取决于采用的位置反馈信号，高分辨率的旋转变压器精度最好，高线数的编码器也不错。不过现在好像也有不采用位置传感器的准伺服，性能要差些。
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波恩

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发表于：2008-11-13 19:31:29
205楼
“高分辨率的旋转变压器精度最好”———？！
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绒绒

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发表于：2008-11-17 15:52:26
206楼
学习了                                
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奔三十的男孩

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发表于：2009-01-15 00:27:00
207楼
"楼主不知道步进电机驱动器有“细分”的概念。两相步进电机的步进角是1.8度没错，但是，现在64细分的驱动器也很常见了", 刘工 这个细分是不能用来定位的 除非步进电机负载小到可以忽略 或是大马拉小车
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奔三十的男孩

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发表于：2009-01-15 00:30:40
208楼
，伺服本身是没有保持力矩的，而步进电机有保持力矩"  其实步进电机的保持力矩跟伺服的保持力矩是一回事 刘工好好想想
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波恩

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发表于：2009-01-15 08:09:25
209楼
引用奔三十的男孩 的回复内容:，伺服本身是没有保持力矩的，而步进电机有保持力矩"  其实步进电机的保持力矩跟伺服的保持力矩是一回事 刘工好好想想

所谓保持力矩应该是指电机在未通电状态下的（齿槽）定位力矩，由于混合式步进电机在一个齿距的范围内磁阻变化很大，因而即使不通电，也会产生较大的定位力矩，而伺服电机的重要设计目标之一就是要尽量减小齿槽定位力矩。
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刘岩利

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发表于：2009-01-15 20:11:43
210楼
回复内容:
对:奔三十的男孩 关于"楼主不知道步进电机驱动器有“细分”的概念。两相步进电机的步进角是1.8度没错，但是，现在64细分的驱动器也很常见了", 刘工 这个细分是不能用来定位的 除非步进电机负载小到可以忽略 或是大马拉小车 内容的回复：

不知道您通常是用多大的马拉多大的车，以至于有什么离谱的印象。即使是Z轴的垂直应用，细分对于提高定位分辨率也是有效的。
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刘岩利

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发表于：2009-01-15 20:16:26
211楼
回复内容:
对:奔三十的男孩 关于，伺服本身是没有保持力矩的，而步进电机有保持力矩"  其实步进电机的保持力矩跟伺服的保持力矩是一回事 刘工好好想想 内容的回复：

您所说的“保持力矩”大概和我所说的，不是同一个概念。
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奔三十的男孩

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发表于：2009-01-15 21:54:44
212楼
"不知道您通常是用多大的马拉多大的车，以至于有什么离谱的印象。即使是Z轴的垂直应用，细分对于提高定位分辨率也是有效的 "     除非你是带位置反馈的步进 否则步进的细分对于精度没有太大实际意义  至于提高分辨率那也是假象   负载与细分定位的关系可以搜下以前我发的贴子  我以前的笔名是阿修罗的眼泪
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奔三十的男孩

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发表于：2009-01-15 21:57:45
213楼

引用刘工的原文"伺服本身是没有保持力矩的，而步进电机有保持力矩。区别在于，伺服电机的所谓静止，实际上是一个动平衡的过程，电机不会真的停在指定位置上"

我想我对刘工的"保持力矩"没有理解错, 除非刘工在上段话中说的是伺服没通电

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刘岩利

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发表于：2009-01-18 09:05:16
214楼
回复内容:
对:奔三十的男孩 关于"不知道您通常是用多大的马拉多大的车，以至于有什么离谱的印象。即使是Z轴的垂直应用，细分对于提高定位分辨率也是有效的 "     除非你是带位置反馈的步进 否则步进的细分对于精度没有太大实际意义  至于提高分辨率那也是假象   负载与细分定位的关系可以搜下以前我发的贴子  我以前的笔名是阿修罗的眼泪 内容的回复：

您以前的帖子我是有印象，但是一直也没有认同过。细分是否能提高定位分辨率，我还是相信自己的工作中得到的结果。
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刘岩利

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发表于：2009-01-18 09:07:26
215楼
回复内容:
对:奔三十的男孩 关于

引用刘工的原文"伺服本身是没有保持力矩的，而步进电机有保持力矩。区别在于，伺服电机的所谓静止，实际上是一个动平衡的过程，电机不会真的停在指定位置上"

我想我对刘工的"保持力矩"没有理解错, 除非刘工在上段话中说的是伺服没通电

内容的回复：
我相信你你理解错了，如果不是对我的话理解错了，就是对伺服理解错了。
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奔三十的男孩

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发表于：2009-01-18 23:16:11
216楼

刘工原文 :  "伺服本身是没有保持力矩的，而步进电机有保持力矩"

假设步进电机整步空载运行, 摩擦忽略, 在电机停下后,  转子是停在磁极位置的 此时电机定子对转子的力矩是 T max*sin0度 即为0  即是保持力矩为零 当外加力矩T"时 定子与转子会错开一个电位角度r  在一定范围内 外加力矩越大 r 越大  并使得T max*sinr=T"   保持平衡状态 这也是一个动态的平衡 并没有说有一个什么定量的保持力矩 外力小于它转子就静止什么的

“细分是否能提高定位分辨率，我还是相信自己的工作中得到的结果” 敢请刘工给个例子 给出相关数据 别放空炮

 

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奔三十的男孩

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发表于：2009-01-18 23:28:23
217楼
设n为细分数 如果刘岩利能给出步进电机在没有位置反馈  且电机额定扭矩T不大于负载的1/sin(90/n)倍的前提下  能用细分去提高定位精度或分辨率的实际工程应用例子我以后倒着头走路
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波恩

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218楼
看来“阿修罗的眼泪”虽然脱离步进入了伺服的行，但是理掌握伺服的道还有写距离啊！相信深入了解了伺服电机的力矩作用原理和矢量角的关系之后，反观步进细分，方能得以彻悟。
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刘岩利

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发表于：2009-01-19 18:02:27
219楼

“细分是否能提高定位分辨率，我还是相信自己的工作中得到的结果” 敢请刘工给个例子 给出相关数据 别放空炮
设n为细分数 如果刘岩利能给出步进电机在没有位置反馈 且电机额定扭矩T不大于负载的1/sin(90/n)倍的前提下 能用细分去提高定位精度或分辨率的实际工程应用例子我以后倒着头走路

年轻真好！

我不知道您之前是用步进电机干什么的。个人使用经验，是用步进电机实现X、Y、Z的定位，有带丝杠实现的，也有用直线步进实现的。细分后，定位精度确实难讲，相关因素太多，定位分辨率的提高，只要用个千分表甚至百分表就能看到。这没有必要放什么炮。XY的定位，除了摩擦力，就没有什么阻力了，Z轴除了自重基本也没有什么阻力，或者说，阻力是基本稳定的，肯定是满足您所说的大马拉小车的条件的。而且，这种应用方式，在步进电机的应用中，应该是占相当的比例的。

所谓大马拉小车，相信多数用步进电机的人都是这么用的，以此来减少丢步的可能性。步进电机的使用经验，多数也是基于这个前提的。不会因为选了64细分的驱动方式就选型时把扭矩提高64倍，但是用步进电机，不管是否细分，总要放出几倍来的。

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奔三十的男孩

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发表于：2009-01-19 21:15:09
220楼

"不会因为选了64细分的驱动方式就选型时把扭矩提高64倍"   其实这个倍数不是线线的  是按正弦规律变化的  我说过了很多次了.......

 

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