伺服电机控制能否代替步进电机控制 交流伺服电机和步进电机的区别

伺服电机是控制伺服系统中机械元件运行的发动机，是辅助电机的间接变速装置。伺服电机可以精确控制速度和位置，并将电压信号转换成扭矩和转速来驱动被控对象。伺服电机转子速度由输入信号控制，并能快速响应。在自动控制系统中，它作为执行机构，具有机电时间常数小、线性度高、启动电压低等特点。它可以将接收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度并输出。它分为两类：DC伺服电机和交流伺服电机。它的主要特点是信号电压为零时，没有旋转现象，转速随着扭矩的增加而匀速下降。

交流伺服电机的结构可分为两部分，即定子部分和转子部分。定子的结构与旋变器基本相同，定子铁芯内放置90度电角度的两相绕组。一组是励磁绕组，另一组是控制绕组。交流伺服电机是两相交流电机。当使用交流伺服电机时，恒定的励磁电压Uf施加到励磁绕组的两端，控制电压Uk施加到控制绕组的两端。当电压施加到定子绕组时，伺服电机将快速转动。电流通过励磁绕组和控制绕组在电机中产生旋转磁场，旋转磁场的旋转方向决定电机的旋转方向。当施加到任何绕组上的电压反向时，旋转磁场的方向就会改变，电机的方向也随之改变。

步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制电机。它是现代数字程控系统的主要执行部件，应用广泛。在非过载情况下，电机的转速和停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响。步进驱动器接收到脉冲信号后，驱动步进电机在设定的方向旋转一个固定的角度，称为“步角”，其旋转以固定的角度步进运行。角位移可以通过控制脉冲数来控制，从而达到精确定位的目的；同时，可以通过控制脉冲频率来控制电机的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是感应电机的一种。其工作原理是利用电子电路将直流电转换成分时供电和多相定时控制电流。只有用这个电流给步进电机供电，步进电机才能正常工作。驱动器是一个多相定时控制器，分时向步进电机供电。

虽然步进电机已经得到了广泛的应用，但步进电机并不像普通的DC电机，常用的是交流电机。只有由双环脉冲信号和功率驱动电路组成的控制系统才能使用。所以步进电机不好用，涉及到机械、电机、电子、计算机等很多专业知识。步进电机作为执行器，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动控制系统中。随着微电子技术和计算机技术的发展，对步进电机的需求日益增加，并已应用于国民经济的各个领域。

　　伺服电机控制是否可以代替步进电机控制

在具体应用中，当终端负载稳定、动作简单、运行基本低速时，选择成本低、易于控制的步进电机为合适；但当终端负荷大范围波动时，动作简单，运行基本处于低速状态，如果选用步进电机，会面临一系列的麻烦，因为方波驱动的步进电机难以消除振动和噪声，会因转矩波动而引起失步或超调。事实上，当终端负载的波动范围较大时，即使基本上是低速运行，也应该选择伺服电机，因为在考虑了效率提高、节能、控制精度提高等因素后

　　用伺服电机替代步进电机时应注意哪些问题呢？

1.为保证控制系统变化不大，应选用数字伺服系统，但仍可采用原脉冲控制方式；

2.由于伺服电机过载能力强，伺服电机的额定转矩可以参考原步进电机额定输出转矩的1/3来确定。

3.因为伺服电机的额定转速比步进电机高很多，所以好加一个减速器，使伺服电机以接近额定转速的速度工作，这样就可以选择功率较低的电机来降低成本。

　　当前伺服电机趋向步进化的具体表现：

1.体积小效率高：采用新的永磁材料，优化电机设计，体积小的电机也能产生很大的扭矩。同类型电机搭配不同驱动器时，输出扭矩不同；当相同体积的电机采用不同的绕组形式和不同的极数时，输出功率也不同。

2.抗冲击扭矩：扭矩可达额定扭矩的数倍；

3.采用高磁能产品的高性能磁性材料；

　　4、电机和驱动器上均可带有温度监视器。

　　伺服电机控制是否可以替代步进电机控制

　　1.步进电机、伺服电机都是控制电机，主要用于精密定位控制用途。特别是伺服电机，数控系统常用电机。一般使用控制器+驱动器+伺服（步进）电机+联轴器+丝杠副+导轨不需要减速器的，因为伺服和步进速度根据脉冲频率可以大范围调节速度。

　　2.伺服电机是闭环控制，步进一般开环控制。伺服精密，比步进贵。

　　3.伺服，步进都是用于定位使用情况下，比如，从原点以一定的速度运动到10mm再到25mm停止返回。

　　4.二者都是特种电机，都能精确控制速度。但是二者控制速度的原理不同：伺服电机是闭环控制（通过编码器反馈等完成），即会实时测定电机的速度；步进电机是开环控制，输入一个脉冲步进电机就会转过一固定的角度，但是不对速度进行测定。

　　交流伺服电机与步进电机之间的区别

　　交流伺服电机与步进电机的主要区别是步进电机是开环（没编码器）控制，如果负载过大或有卡阻会丢步，伺服电机是闭环控制（有编码器），不会出现丢步的情况，稳定性和精度更高。

　　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。