步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較

LAOKAI · 發(fā)表于 2006-9-13 14:16:34

<TABLE style="BORDER-COLLAPSE: collapse" borderColor=#111111 height=371 cellSpacing=0 cellPadding=0 border=0>
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align=center>步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較</TD></TR>
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<TD height=854>
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class=MsoNormal style="MARGIN-LEFT: 8px; LINE-HEIGHT: 150%; MARGIN-RIGHT: 8px">    步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)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(lái)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(shì)，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(chǎng)合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。
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class=MsoNormal style="MARGIN-TOP: 0px; MARGIN-BOTTOM: 0px; mso-list: l1 level1 lfo1; tab-stops: list 42.0pt">1.控制精度不同<?XML:NAMESPACE PREFIX = O /><O

> </O

>
兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、 1.8°，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)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09°；德國(guó)百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過(guò)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。對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500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°/10000=0.036°。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。<O

> </O:P>
<O:P>2.低頻特性不同</O:P>
    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(lái)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(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。
3.矩頻特性不同<O:P> </O:P>
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。
4. 過(guò)載能力不同<O:P> 
</O:P>    步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，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](méi)有這種過(guò)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。
<IMG style="BORDER-LEFT-COLOR: #000000; FILTER: ; BORDER-BOTTOM-COLOR: #000000; BORDER-TOP-COLOR: #000000; BORDER-RIGHT-COLOR: #000000" alt="" src="http://www.gzsame.com/htdocs/upfile/200412/2004122750637000.gif" border=0>
步進(jìn)電機(jī)停車抖動(dòng)現(xiàn)象放大           伺服電機(jī)停車相對(duì)步進(jìn)要平穩(wěn)多
 
5.運(yùn)行性能不同<O:P> </O:P>
    步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問(wèn)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(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
6.速度響應(yīng)性能不同<O:P> </O:P>
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，以松下MSMA 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(chǎng)合。
   <IMG style="BORDER-LEFT-COLOR: #000000; FILTER: ; BORDER-BOTTOM-COLOR: #000000; BORDER-TOP-COLOR: #000000; BORDER-RIGHT-COLOR: #000000" alt="" src="http://www.gzsame.com/htdocs/upfile/200412/2004122750660000.gif" border=0> 
    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(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)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)。</TD></TR></TBODY></TABLE>

雷雨 · 發(fā)表于 2006-9-18 16:23:48

謝謝采樵人的文章,又讓大家長(zhǎng)見識(shí)了.

syw開門造車 · 發(fā)表于 2006-9-18 19:48:35

樓主網(wǎng)友好！

步進(jìn)電機(jī)之所以出現(xiàn)畫面上所示的抖動(dòng)現(xiàn)象，完全是廠家給步進(jìn)電機(jī)配套用的
驅(qū)動(dòng)板造成的。為了以不變應(yīng)萬(wàn)變，廠家的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，大都采用兩種方式：
一、用外部脈沖頻率向驅(qū)動(dòng)板發(fā)出速度信號(hào)，頻率快，轉(zhuǎn)速快。
二、驅(qū)動(dòng)板設(shè)幾檔固定轉(zhuǎn)速，由外部編碼選定。

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很顯然，第一種方式本來(lái)是可以做到采用勻減速，達(dá)到使機(jī)械手不抖動(dòng)的。
但在實(shí)際工作中，這種方式又不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)椋衔粰C(jī)不可能分出精力專門侍候
步進(jìn)電機(jī)，所以只能采取第二種方式。

第二種方式只有幾個(gè)固定速度，則，不能做到勻減速，尤如公交車以一給定
速度進(jìn)站，到位踩死剎車，乘客不晃才怪哪！-----不光是晃，還有巨大的噪聲，
想想公路上常聽到的急剎車的聲音就知道了。

//********************************************

本來(lái)在一般的控制中，有點(diǎn)晃動(dòng)也無(wú)所謂，可我們偏偏遇到一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)物體精確
定位的項(xiàng)目。我們買了很多廠家的驅(qū)動(dòng)板，都沒(méi)能解決問(wèn)題，逼得我們不得不自己
設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。此項(xiàng)目用時(shí)兩年，光步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板就做了將近二十個(gè)版本。

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不是不想用交流伺服系統(tǒng)，而是成本比步進(jìn)電機(jī)高出很多。再有交流伺服系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)器
中的芯片市場(chǎng)上買不到。

Syw 060918—19.48

飛虎119 · 發(fā)表于 2006-9-18 20:59:56

原來(lái)如此！但畢竟大多數(shù)企業(yè)還是用成型批量產(chǎn)品的！

liangjian1029 · 發(fā)表于 2006-9-23 17:04:36

長(zhǎng)見識(shí)，謝謝！

黃一鈁 · 發(fā)表于 2006-9-23 17:17:31

謝謝樓主，我們受益非淺啊！

zsk2000 · 發(fā)表于 2006-9-23 20:04:23

步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較（轉(zhuǎn)）：

　　1、控制精度不同
　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的"細(xì)分"概念。兩相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角是1.8度沒(méi)錯(cuò)，但是，現(xiàn)在64細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器也很常見了。注意，這個(gè)時(shí)候，電機(jī)是200*64=12800個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈。而市面上常見的交流伺服，編碼器不過(guò)是2048或者2500線的。當(dāng)然，有17位編碼器的電機(jī)，不過(guò)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器也有256細(xì)分的。從分辨率而言，交流伺服還是要高一些，但是遠(yuǎn)沒(méi)有樓主所寫得那么夸張。而且，既然是說(shuō)控制精度，那么，用過(guò)伺服的人都應(yīng)該知道，伺服的動(dòng)態(tài)重現(xiàn)性是分辨率的多少倍。就常規(guī)設(shè)計(jì)而言，選型時(shí)，要把重現(xiàn)性指標(biāo)乘以5作為伺服反饋的分辨率。這樣，伺服的控制精度真的比伺服好嗎？

　　2、低頻特性不同
　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)達(dá)到32以上時(shí)，基本就沒(méi)有低頻振動(dòng)的問(wèn)題了。而伺服想保持一個(gè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定的低速，用過(guò)的人應(yīng)該知道參數(shù)有多難調(diào)（只要速度、不要位置的話，還好做一點(diǎn)）

　　3、頻矩特性不同
　　對(duì)于轉(zhuǎn)矩，需要補(bǔ)充一點(diǎn)，伺服本身是沒(méi)有保持力矩的，而步進(jìn)電機(jī)有保持力矩。區(qū)別在于，伺服電機(jī)的所謂靜止，實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)平衡的過(guò)程，電機(jī)不會(huì)真的停在指定位置上（所以交流伺服的重現(xiàn)性要定到反饋分辨率的3-5倍，而步進(jìn)電機(jī)重現(xiàn)性可以比分辨率更高）。

　　4、過(guò)載能力不同
　　這個(gè)沒(méi)有什么可說(shuō)的，不過(guò)對(duì)于力矩浪費(fèi)的說(shuō)法，還是有點(diǎn)意見。很多步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器提供了半流功能，在不需要全力矩輸出的時(shí)候，可以降低電流，減小力矩。

　　5、運(yùn)行性能不同
　　丟步確實(shí)是步進(jìn)電機(jī)的致命缺陷，但是，伺服就可以不考慮加減速的曲線嗎？你真給一個(gè)階躍信號(hào)試試，電機(jī)會(huì)有多大的抖動(dòng)。不過(guò)抖歸抖，最終還是會(huì)停在正確的位置上，這確實(shí)比步進(jìn)強(qiáng)。如果是定位控制，這個(gè)抖動(dòng)無(wú)所謂了，如果是過(guò)程控制，誰(shuí)敢這么用？

　　6、速度響應(yīng)性能不同
　　因?yàn)榻涣魉欧梢杂兴查g大扭矩輸出，所以加速性能可能比步進(jìn)強(qiáng)，不過(guò)松下加到3000RPM用幾毫秒，先試過(guò)再來(lái)說(shuō)話好不好？而且說(shuō)到響應(yīng)，那就不能不說(shuō)交流伺服的本質(zhì)缺陷——滯后。一般電機(jī)，速度環(huán)響應(yīng)2毫秒，位置環(huán)響應(yīng)則很少看到數(shù)據(jù)，一般認(rèn)為是8毫秒。說(shuō)到快速起停，伺服總是手其響應(yīng)頻率限制，而步進(jìn)電機(jī)基本不用考慮響應(yīng)時(shí)間的問(wèn)題。用步進(jìn)電機(jī)可以很簡(jiǎn)單的做到一秒起停100次，每次移動(dòng)20微米，用伺服大家可以試試看。

　　步進(jìn)與伺服，無(wú)所謂優(yōu)劣，各有適用場(chǎng)合而已，一般來(lái)說(shuō)，大負(fù)載，高速度的應(yīng)用，不要用步進(jìn)電機(jī)，但低負(fù)載、低速度的場(chǎng)合，高細(xì)分的步進(jìn)性能比交流伺服要好。

hhhw1 · 發(fā)表于 2006-9-23 21:28:38

選電機(jī)要看你應(yīng)用在什么場(chǎng)合了

syw開門造車 · 發(fā)表于 2006-9-24 05:19:08

豆芽菜網(wǎng)友好！

你轉(zhuǎn)帖的文章中談到的

“5、運(yùn)行性能不同
　　丟步確實(shí)是步進(jìn)電機(jī)的致命缺陷，……”

如同我在3樓處所講，同樣是商家為步進(jìn)電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)器所至。

每個(gè)機(jī)械運(yùn)行時(shí)的慣性參數(shù)是不同的，要想讓一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)械穩(wěn)步的起動(dòng)與停止，

而不丟步，就應(yīng)有與之相應(yīng)的起動(dòng)力矩和起動(dòng)速度，而商家的驅(qū)動(dòng)器的這些參數(shù)，

不可能為每個(gè)機(jī)器所需要的參數(shù)相適應(yīng)，所以只能以不變應(yīng)萬(wàn)變，這就是丟步原因

的所在。

市售的驅(qū)動(dòng)器還有一個(gè)至命的問(wèn)題，既，為了使應(yīng)用中的機(jī)械停止時(shí)不能隨意

移動(dòng)，常給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)小的剎車電流，編程時(shí)如處理不好，容易燒步進(jìn)電機(jī)。

syw 060924---05.18

zsk2000 · 發(fā)表于 2006-9-24 10:42:28

"syw開門造車"不愧為專家，長(zhǎng)見識(shí)了，在此謝過(guò)。

以后若有什么問(wèn)題，一定向您老兄請(qǐng)教，并請(qǐng)不吝指點(diǎn)！

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步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較

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