步进电机和交流伺服电机性能比较 点击：27616 | 回复：254
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。
发表于：2007-05-26 15:58:00
166楼
各位老师、前辈：
在下最近用FX2N PLC的1PG模块控制RORZE的步进电机，电机出轴端直接连接一个螺丝刀，来拧工件电机上的塑料螺钉。拧的时候要测螺钉下面的电机的运转电流，螺钉位置的高低对电机运行电流有直接影响，螺钉拧的越紧，电流就越大，直到堵转，要在电流值到达一个合理范围内的时候停止螺丝刀，再将塑料螺钉热烫，使螺钉和螺孔的螺纹融化后胶合，实现螺钉的自锁，防止打滑。
现在碰到几个问题：1，步进电机有时振动很大，并伴随很大的异响。我的步进控制器已经设为100细分，如果再增加细分数的话，有可能无法达到启动时的高速150RPM，因为开始的时候需要高速把螺钉拧死；2，热烫完成时记录的电流与事后手动运行电机显示的电流有一定误差，其原因至今未知。
请各位指点迷津。
在下最近用FX2N PLC的1PG模块控制RORZE的步进电机，电机出轴端直接连接一个螺丝刀，来拧工件电机上的塑料螺钉。拧的时候要测螺钉下面的电机的运转电流，螺钉位置的高低对电机运行电流有直接影响，螺钉拧的越紧，电流就越大，直到堵转，要在电流值到达一个合理范围内的时候停止螺丝刀，再将塑料螺钉热烫，使螺钉和螺孔的螺纹融化后胶合，实现螺钉的自锁，防止打滑。
现在碰到几个问题：1，步进电机有时振动很大，并伴随很大的异响。我的步进控制器已经设为100细分，如果再增加细分数的话，有可能无法达到启动时的高速150RPM，因为开始的时候需要高速把螺钉拧死；2，热烫完成时记录的电流与事后手动运行电机显示的电流有一定误差，其原因至今未知。
请各位指点迷津。
发表于：2007-05-30 17:28:00
169楼
对于第二个问题，已经有了解决的办法，就是在检测电流时加上一个合适的补偿量，我在原先的程序里已经加入了这一补偿功能，但是在调试的时候补偿量设的太小。
下面的电机是一个直流电机，该电机用于驱动汽车上的座椅，电机在进入设备处理前，有三个分离的部件：电机、带软轴的蜗杆、塑料螺母，系统的操作过程是将蜗杆涂上油脂后装入电机上的软轴孔内，然后把塑料螺母轻轻拧入螺孔，将组装好的电机放入夹具，夹具内有电极与电机的电极接触，通上直流电后，电机旋转，这时先测一下电机的空载电流，一般为小于2 Amp，然后上方的螺丝刀下降，压住塑料螺母，这时步进电机驱动螺丝刀拧紧螺母，同时下方的直流电机一直在旋转，当到达堵转电流后，螺丝刀以一个较低的速度反转，同时检测下方电机的电流，当该电流值比空载电流大0.5 Amp左右时，停止螺丝刀，然后烫头伸出，将螺母热烫。
第一个问题有点棘手啊。
下面的电机是一个直流电机，该电机用于驱动汽车上的座椅，电机在进入设备处理前，有三个分离的部件：电机、带软轴的蜗杆、塑料螺母，系统的操作过程是将蜗杆涂上油脂后装入电机上的软轴孔内，然后把塑料螺母轻轻拧入螺孔，将组装好的电机放入夹具，夹具内有电极与电机的电极接触，通上直流电后，电机旋转，这时先测一下电机的空载电流，一般为小于2 Amp，然后上方的螺丝刀下降，压住塑料螺母，这时步进电机驱动螺丝刀拧紧螺母，同时下方的直流电机一直在旋转，当到达堵转电流后，螺丝刀以一个较低的速度反转，同时检测下方电机的电流，当该电流值比空载电流大0.5 Amp左右时，停止螺丝刀，然后烫头伸出，将螺母热烫。
第一个问题有点棘手啊。
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