伺服電機和步進電機的性能比較　　

步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質的。在目前國內的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應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　　兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為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電機的步距角?！　〗涣魉欧姍C的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。　　

二、低頻特性不同　　步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等?！　〗涣魉欧姍C運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調整。　　

三、矩頻特性不同　　步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其zui高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。 　

　四、過載能力不同　　步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其zui大轉矩為額定轉矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。　　

五、運行性能不同　　步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象，停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠?！　?/span>

六、速度響應性能不同　　步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合?！　【C上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計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?shù)目刂齐姍C。

伺服電機的選型計算方法　　

一、轉速和編碼器分辨率的確認?！　?/span>

二、電機軸上負載力矩的折算和加減速力矩的計算?！　?/span>

三、計算負載慣量，慣量的匹配，安川伺服電機為例，部分產品慣量匹配可達50倍，但實際越小越好，這樣對精度和響應速度好?！　?/span>

四、再生電阻的計算和選擇，對于伺服，一般2kw以上，要外配置?！　?/span>

五、電纜選擇，編碼器電纜雙絞屏蔽的，對于安川伺服等日系產品值編碼器是6芯，增量式是4芯。
如何將伺服電機改成連續(xù)轉動　　將伺服電機改成連續(xù)轉動　　任何伺服電機都可以改成雙向變速電機。通常來說控制電機的速度和方向是需要一個電機驅動芯片以及其他一些元件的，而伺服電機上這些元件已經都具備了。改裝伺服電機是zui常見且zui廉價的，獲取機器人里用的數(shù)字控制變速器的方法，這樣就得到一個連續(xù)轉動的伺服電機。這個改動，部分是機械的，部分是電氣的。電氣的改動部分是將電位器改成兩個同阻值的固定電阻，機械的改動部分是將阻止電機轉動的限位裝置去掉。
 　　首先拆開伺服電機。HTX500伺服電機殼由三塊塑料卡接而成，我們可以用小的一字螺絲刀或者類似的薄片將其撬開。從頂上將齒輪拉開，然后從底下小心地將伺服電機的控制電路板拉出來（見圖I）。里面的機械限位有兩個，用尖嘴鉗彎折可以將轉動軸旁邊的金屬限位去除，用斜向切割器可以將頂殼上的塑料限位去除（見圖J）。用兩個加起來5kΩ左右的固定電阻來替代5kΩ的電位器，兩個2.2kΩ的電阻就行。將電位器上的三根線解焊下來，再將兩個電阻如圖K所示焊上去。用絕緣膠帶或是熱縮管將這個新組件包好（見圖L），然后將這些電路都塞回到伺服電機殼子里，再把殼子裝好。改裝完成了，現(xiàn)在可以校準一下這個連續(xù)轉動伺服電機，看看起點在哪里。如果兩個電阻阻值相等的話，送到伺服電機是90°角的時候電機能停下來。你的電機可能會有一點偏差，可以試試用先前的程序做實驗看看哪個角度能將電機停住。記住這個值，因為每個伺服電機都不一樣。
 　　兩個連續(xù)轉動伺服電機完成一個畫圖機器人 　　用兩個連續(xù)轉動伺服電機我們就能完成一個畫圖機器人。采用兩個伺服電機、一個9V電池、一個小面包板、一塊Adafruit Boarduino控制板（Arduino 板的克隆版）、一個Sharpie記號筆還有幾個塑料轉盤。這個電路和全景攝像頭的一樣，而且所有的部件也是用熱熔膠粘在一起的。任何直徑在2～7cm的轉盤都可以做輪子，比如說塑料的螺絲頂蓋。想加強引力還可以用膠帶將輪子邊緣包起來。伺服電機的設定和前面一樣，代碼里要用上剛才實驗得到的電機起點位置的變量（你的電機起點位置可能不一樣）。代碼的邏輯讓一個電機朝某個方向移動一段時間，然后換到另一個電機?，F(xiàn)在大功告成，你可以去試試你的機器人了（見圖M）。
 
伺服電機安裝使用注意事項　

　一、伺服電機油和水的保護　　

A：伺服電機可以用在會受水或油滴侵襲的場所，但是它不是全防水或防油的。因此， 伺服電機不應當放置或使用在水中或油侵的環(huán)境中?！　?/span>

B：如果伺服電機連接到一個減速齒輪，使用伺服電機時應當加油封，以防止減速齒輪的油進入伺服電機。　　

C：伺服電機的電纜不要浸沒在油或水中?！?/span>

　二、伺服電機電纜→減輕應力　　

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荷，尤其是在電纜出口處或連接處?！　?/span>

B：在伺服電機移動的情況下，應把電纜（就是隨電機配置的那根）牢固地固定到一個靜止的部分（相對電機），并且應當用一個裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應力可以減到zui小。　　

C：電纜的彎頭半徑做到盡可能大?！　?/span>

三、伺服電機允許的軸端負載　　

A：確保在安裝和運轉時加到伺服電機軸上的徑向和軸向負載控制在每種型號的規(guī)定值以內。　　

B：在安裝一個剛性聯(lián)軸器時要格外小心，特別是過度的彎曲負載可能導致軸端和軸承的損壞或磨損?！　?/span>

C：用柔性聯(lián)軸器，以便使徑向負載低于允許值，此物是專為高機械強度的伺服電機設計的?！　?/span>

D：關于允許軸負載，請參閱“允許的軸負荷表”（使用說明書）?！　?/span>

四、伺服電機安裝注意　　

A：在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機軸端時，不要用錘子直接敲打軸端。（錘子直接敲打軸端，伺服電機軸另一端的編碼器要被敲壞）。　

　B：竭力使軸端對齊到*狀態(tài)（對不好可能導致振動或軸承損壞）。
步進電機和交流伺服電機性能比較　　步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質的。在目前國內的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。　　

一、控制精度不同　　兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為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電機的步距角?！　〗涣魉欧姍C的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。　　

二、低頻特性不同　　步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等?！　〗涣魉欧姍C運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調整?！　∪?、矩頻特性不同　　步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其zui高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出?！　∷摹⑦^載能力不同　　步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其zui大轉矩為額定轉矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。　　五、運行性能不同　　步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象，停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。　　六、速度響應性能不同　　步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速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)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計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?shù)目刂齐姍C。