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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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kkkkkk

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发表于：2005-07-08 17:11:00
61楼
谢谢凡夫俗子，非常感谢。我一定换了供应商。骂句粗话：他奶奶的胸
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kkkkkk

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62楼
凡夫俗子前辈不知是何方高人，我是刚刚入门的菜鸟，有很多问题想求教，能否告知您的email 我得是xuyunfei6@zjip.com 谢谢
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凡夫俗子

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发表于：2005-07-09 11:44:00
63楼
TO：我很菜的兄弟， 我不是什么高人，呵呵，也是菜鸟一个的。。。 很高兴和大家能一起讨论解决问题。。。 我的Email:ffszmail@163.com
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随时随地

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64楼
to凡夫俗子 您好!很高兴认识您,您以前在艾而特做过吧,我有点感觉,我们应当认识的,有机会大家见个面! 在技术上您是个老手,我得多向您学习呀!请多指教!
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凡夫俗子

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65楼
TO:随时随地 您好！我们应该没见过面的，老葛他们会猜出来我是谁的，哈哈。。。您想啊，周小姐、晏经理都是北京人吧，我现在在北京混，呵呵，算起来我和他们认识5年了。。。有空还想再和晏经理去钓钓鱼、弹弹吉他、喝喝酒，呵呵、喝喝、只是岁月催人老啊，霜雪浸白了头哦，嘿嘿~~~ 我的技术也是菜鸟，大家以后一起交流学习哈
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奋发图强

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66楼
to:刘岩利 你好，刘老师。“为什么步进马达的滞后不用考虑？因为步进马达是一个开环控制，刚性100%的东西，不是根据反馈进行调整”。你说这句话的意思是说步进电机在不丢步的情况下，几乎不存在滞后问题么？精度难道比作闭环的伺服高么？对于伺服电机的滞后是不是只能调其PID及速度前馈参数尽量减小而无法消除啊。我最近做的食品包装机在追踪上存在跟随误差，并且速度由低速升到高速的过程中跟随误差相应加大了（这是伺服滞后引起的吧），根本无法消除。因为他们以前用PLC做控制的时候由低速升到高速的过程中也存在这样的问题，所以用户也就默认了，伺服控制本身所存在的误差和滞后所造成的误差与PLC控制所产生的误差应该怎样解释呢？
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老研

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发表于：2005-07-13 16:31:00
67楼
各位高手写得台好了，我一直搞工控机和PLC自动化系统，现在要搞运动控制，受益匪浅
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刘岩利

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发表于：2005-07-13 19:38:00
68楼
伺服的滞后单在驱动器上动脑筋，是不可能消除的，只能是在震荡和滞后中选一个。 所谓PLC控制产生的误差、伺服控制本身的误差、滞后所造成的误差，在本质上没有什么区别。
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lixianjunlg

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发表于：2005-07-13 20:04:00
69楼
都是高手啊！！哎，可惜我是搞三凌PLC的，有机会向大家学习！
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凡夫俗子

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发表于：2005-07-13 22:57:00
70楼
to:lixianjunlg兄您好 请教您如何在三菱PLC（FX2N）里记忆并通过触摸屏显示17位的十进制的数？ 难点因为一个D的范围是32767~-32767，支持2位D的运算才2147483647~-2147483647。。。17位严重超出范围了 多谢您。。。
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晓流

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发表于：2005-07-16 08:48:00
71楼
我最近用步进做一个包装机的系统，用的16细分，低速振动问题倒没什么，可能因为机械负载不是恒定的，PLC发相同数量的脉冲步进每次走的长度都不一样，步进电机选型比较大，应该不会有堵转的问题，可能就是大小步的问题吧？
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刘岩利

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发表于：2005-07-17 00:02:00
72楼
“每次走的长度都不一样”，差多少？16细分，只要不是太烂的驱动器，细分误差应该不是很明显。
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Hobodom

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发表于：2005-07-17 00:32:00
73楼
刘岩利兄确高手也，也谢谢大家的讨论。
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晓流

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74楼
先谢谢刘老师！ 误差在0.3mm左右，辊子周长377.0mm，步进电机的步距角1.8°2：1齿轮减速，也就是电机转2转辊子转1转。 工程暂时被搁置，我这两天也在考虑是不是因为机械的打滑所造成的，客户的要求的精度是0.1mm（定长），定色标还没有开始做。
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刘岩利

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75楼
步距角1.8°，误差0.6°左右，实在是太大了一点。感觉不象细分误差造成的。 如果方便，可以这样试一下，每次移动的长度，都设置为1.8°的整数倍，电机每次移动的距离都是整步，不停在细分位置上，其它所有条件不变。在这种情况下，是否还存在这0.3毫米的误差。
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沈阳老宋

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发表于：2005-07-18 22:11:00
76楼
如果是伺服，就不会出现这个问题（机械故障除外），伟大的刘邦主在步进问题上极力讲，步进不丢步，不丢步。这回看来也只有之乎者也不得要领拉，哈哈哈哈哈哈哈哈。 可见，伺服与步进还是有一个本质不同的。伺服就是伺服，用起来放心。步进就是步进，因为便宜，你就要多费一点时间，多花一点力气，最后多扔一点金钱。
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刘岩利

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发表于：2005-07-19 19:21:00
77楼
看来，“沈阳老宋”是没有太多使用步进电机的经验。 对于“晓流”的问题，问题在步进电机的可能性不超过1%。0.3毫米的误差，对于电机的角度大约是0.6，这个数值对于“丢步”的情况而言，实在是小了一点，如果误差比较接近1.8，或者1.8的整数倍，就比较象是丢步造成的了。对于细分误差而言，0.6又太大了一点，虽然我不知道具体是什么品牌、型号的步进电机和驱动器，但是总不至于差到这个程度，除非是驱动器已经坏了。 对这个问题而言，我有把握换了伺服也是一样。
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kdrjl

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发表于：2005-07-20 08:53:00
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哈哈，本题目我准备收藏了。看了以后很过瘾。谢谢大家的讨论。是各抒己见的讨论。我特别的受益。在此感谢大家了。 我也发表一下自己的观点。所有的讨论，应该去伪存真。如果说步进可以代替伺服，那么今天为什么伺服还在大量的应用而没有被步进所取代呢？伺服的方案四处可见呀？存在必有存在的道理。 工控领域采用的结构与方案千奇百怪。一种东西不可能覆盖全体。步进如果那么的完美，为什么在某些领域见不着他的身影呢？不要把两者可以共用的领域作为普遍性来阐述。
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晓流

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79楼
先谢谢大家！ 温州这几天刮台风，我没法上网。 我觉得刘老师说的很有道理，不过这个工程暂时被搁置，我自己公司又没有条件做实验，只能以后再试了。
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ysx317

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发表于：2005-07-21 23:56:00
80楼
步进和伺服各有优缺点,步进可以丢步,伺服超过它的力矩范围也一样死机丢步,步进最大的优点是简单、便宜，可适应恶劣环境，因为它没有编码器，伺服电机的编码器在温度较高、环境太脏的情况下容易损坏。
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