伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的性能比較
　　
　　步進(jìn)電機(jī)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)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號(hào))，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(jìn)電機(jī)步距角一般為1.8°、0.9°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分后步距角更小。如三洋公司(SANYODENKI)生產(chǎn)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)的步距角。交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)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(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)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(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)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(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。二、低頻特性不同步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能(FFT)，可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。三、矩頻特性不同步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)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(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)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。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)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(fèi)的現(xiàn)象。五、運(yùn)行性能不同步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)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(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。六、速度響應(yīng)性能不同步進(jìn)電機(jī)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(jī)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。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jī)。
　　

選型計(jì)算方法
　　
　　一、轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認(rèn)。二、電機(jī)軸上負(fù)載力矩的折算和加減速力矩的計(jì)算。三、計(jì)算負(fù)載慣量，慣量的匹配，安川伺服電機(jī)為例，部分產(chǎn)品慣量匹配可達(dá)50倍，但實(shí)際越小越好，這樣對(duì)精度和響應(yīng)速度好。四、再生電阻的計(jì)算和選擇，對(duì)于伺服，一般2kw以上，要外配置。五、電纜選擇，編碼器電纜雙絞屏蔽的，對(duì)于安川伺服等日系產(chǎn)品絕對(duì)值編碼器是6芯，增量式是4芯。
　　
　

安裝使用注意事項(xiàng)
　　
　　一、伺服電機(jī)油和水的保護(hù)A：伺服電機(jī)可以用在會(huì)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(jī)不應(yīng)當(dāng)放置或使用在水中或油侵的環(huán)境中。B：如果伺服電機(jī)連接到一個(gè)減速齒輪，使用伺服電機(jī)時(shí)應(yīng)當(dāng)加油封，以防止減速齒輪的油進(jìn)入伺服電機(jī)C：伺服電機(jī)的電纜不要浸沒在油或水中。二、伺服電機(jī)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(fù)荷，尤其是在電纜出口處或連接處。B：在伺服電機(jī)移動(dòng)的情況下，應(yīng)把電纜(就是隨電機(jī)配置的那根)牢固地固定到一個(gè)靜止的部分(相對(duì)電機(jī))，并且應(yīng)當(dāng)用一個(gè)裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應(yīng)力可以減到最小。C：電纜的彎頭半徑做到盡可能大。三、伺服電機(jī)允許的軸端負(fù)載A：確保在安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)加到伺服電機(jī)軸上的徑向和軸向負(fù)載控制在每種型號(hào)的規(guī)定值以內(nèi)。B：在安裝一個(gè)剛性聯(lián)軸器時(shí)要格外小心，特別是過度的彎曲負(fù)載可能導(dǎo)致軸端和軸承的損壞或磨損C：最好用柔性聯(lián)軸器，以便使徑向負(fù)載低于允許值，此物是專為高機(jī)械強(qiáng)度的伺服電機(jī)設(shè)計(jì)的。D：關(guān)于允許軸負(fù)載，請(qǐng)參閱“允許的軸負(fù)荷表”(使用說明書)。四、伺服電機(jī)安裝注意A：在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機(jī)軸端時(shí)，不要用錘子直接敲打軸端。(錘子直接敲打軸端，伺服電機(jī)軸另一端的編碼器要被敲壞)B：竭力使軸端對(duì)齊到最佳狀態(tài)(對(duì)不好可能導(dǎo)致振動(dòng)或軸承損壞)。
　　
直流無刷伺服電機(jī)特點(diǎn)
　　
　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、啟動(dòng)電壓低、空載電流??；棄接觸式換向系統(tǒng)，大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速高達(dá)100000rpm；無刷伺服電機(jī)在執(zhí)行伺服控制時(shí)，無須編碼器也可實(shí)現(xiàn)速度、位置、扭矩等的控制；不存在電刷磨損情況，除轉(zhuǎn)速高之外，還具有壽命長、噪音低、無電磁干擾等特點(diǎn)。

直流有刷伺服電機(jī)特點(diǎn)
　　
　　1.體積小、動(dòng)作快反應(yīng)快、過載能力大、調(diào)速范圍寬2.低速力矩大,波動(dòng)小，運(yùn)行平穩(wěn)3.低噪音,高效率4.后端編碼器反饋(選配)構(gòu)成直流伺服等優(yōu)點(diǎn)
　　
伺服電機(jī)使用范圍
　　
　　直流伺服電機(jī)可應(yīng)用在是火花機(jī)、機(jī)械手、精確的機(jī)器等?？赏瑫r(shí)配置2500P/R高分析度的標(biāo)準(zhǔn)編碼器及測速器，更能加配減速箱、令機(jī)械設(shè)備帶來可靠的準(zhǔn)確性及高扭力。調(diào)速性好，單位重量和體積下，輸出功率最高，大于交流電機(jī)，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過步進(jìn)電機(jī)。多級(jí)結(jié)構(gòu)的力矩波動(dòng)小。
　　
伺服電機(jī)作用
　　
　　伺服電機(jī)在封閉的環(huán)里面使用。就是說它隨時(shí)把信號(hào)傳給系統(tǒng)，同時(shí)把系統(tǒng)給出的信號(hào)來修正自己的運(yùn)轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)也可用單片機(jī)控制