本文主要解決兩個(gè)問題:

1、步進驅動和(hé)伺服驅動的(de)主要區(qū)别。

2、具體選型過程中的(de)幾個(gè)實用(yòng)問題。

概述:

    步進電機主要是依相數來(lái)做(zuò)分(fēn)類，而其中又以二相、五相步進電機爲目前市場(chǎng)上所廣泛采用(yòng)。二相步進電機每轉細可(kě)分(fēn)割爲400等分(fēn)，五相則可(kě)分(fēn)割爲1000等分(fēn)，所以表現出來(lái)的(de)特性以五相步進電機較佳、加減速時(shí)間較短、動态慣性較低。

     随著(zhe)全數字式交流伺服系統的(de)出現，交流伺服電機也(yě)越來(lái)越多(duō)地應用(yòng)于數字控制系統中。爲了(le)适應數字控制的(de)發展趨勢，運動控制系統中大(dà)多(duō)采用(yòng)步進電機或全數字式交流伺服電機作爲執行電動機。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和(hé)方向信号)，但在使用(yòng)性能和(hé)應用(yòng)場(chǎng)合上存在著(zhe)較大(dà)的(de)差異。

現就二者的(de)使用(yòng)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爲3.6度、1.8度，五相混合式步進電機步距角一般爲0.72度、0.36度。也(yě)有一些高(gāo)性能的(de)步進電機步距角更小。如四通(tōng)公司生産的(de)一種用(yòng)于慢(màn)走絲機床的(de)步進電機，其步距角爲0.09度;德國百格拉公司(bergerlahr)生産的(de)三相混合式步進電機其步距角可(kě)通(tōng)過撥碼開關設置爲1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了(le)兩相和(hé)五相混合式步進電機的(de)步距角。

交流伺服電機的(de)控制精度由電機軸後端的(de)旋轉編碼器保證。以松下(xià)全數字式交流伺服電機爲例，對(duì)于帶标準2500線編碼器的(de)電機而言，由于驅動器内部采用(yòng)了(le)四倍頻(pín)技術，其脈沖當量爲360度/10000=0.036度。對(duì)于帶17位編碼器的(de)電機而言，驅動器每接收217=131072個(gè)脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量爲360度/131072=9.89秒。是步距角爲1.8度的(de)步進電機的(de)脈沖當量的(de)1/655。

二:低頻(pín)特性不同

步進電機在低速時(shí)易出現低頻(pín)振動現象。振動頻(pín)率與負載情況和(hé)驅動器性能有關，一般認爲振動頻(pín)率爲電機空載起跳頻(pín)率的(de)一半。這(zhè)種由步進電機的(de)工作原理(lǐ)所決定的(de)低頻(pín)振動現象對(duì)于機器的(de)正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時(shí)，一般應采用(yòng)阻尼技術來(lái)克服低頻(pín)振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用(yòng)細分(fēn)技術等。

交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時(shí)也(yě)不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能，可(kě)涵蓋機械的(de)剛性不足，并且系統内部具有頻(pín)率解析機能(fft)，可(kě)檢測出機械的(de)共振點，便于系統調整。

三:矩頻(pín)特性不同

步進電機的(de)輸出力矩随轉速升高(gāo)而下(xià)降，且在較高(gāo)轉速時(shí)會急劇下(xià)降，所以其工作轉速一般在300~600rpm。

交流伺服電機爲恒力矩輸出，即在其額定轉速(一般爲2000rpm或3000rpm)以内，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上爲恒功率輸出。

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(de)過載能力。以松下(xià)交流伺服系統爲例，它具有速度過載和(hé)轉矩過載能力。其大(dà)轉矩爲額定轉矩的(de)三倍，可(kě)用(yòng)于克服慣性負載在啓動瞬間的(de)慣性力矩。步進電機因爲沒有這(zhè)種過載能力，在選型時(shí)爲了(le)克服這(zhè)種慣性力矩，往往需要選取較大(dà)轉矩的(de)電機，而機器在正常工作期間又不需要那麽大(dà)的(de)轉矩，便出現了(le)力矩浪費的(de)現象。

五:運行性能不同

步進電機的(de)控制爲開環控制，啓動頻(pín)率過高(gāo)或負載過大(dà)易出現丢步或堵轉的(de)現象，停止時(shí)轉速過高(gāo)易出現過沖的(de)現象，所以爲保證其控制精度，應處理(lǐ)好升、降速問題。交流伺服驅動系統爲閉環控制，驅動器可(kě)直接對(duì)電機編碼器反饋信号進行采樣，内部構成位置環和(hé)速度環，一般不會出現步進電機的(de)丢步或過沖的(de)現象，控制性能更爲可(kě)靠。

六:速度影(yǐng)響性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉速(一般爲每分(fēn)鐘(zhōng)幾百轉)需要200~400毫秒。交流伺服系統的(de)加速性能較好，以松下(xià)msma400w交流伺服電機爲例，從靜止加速到其額定轉速3000rpm僅需幾毫秒，可(kě)用(yòng)于要求快(kuài)速啓停的(de)控制場(chǎng)合。

如何選型?

1、如何正确選擇伺服電機和(hé)步進電機

主要視具體應用(yòng)情況而定，簡單地說要确定:負載的(de)性質(如水(shuǐ)平還(hái)是垂直負載等)，轉矩、慣量、轉速、精度、加減速等要求，上位控制要求(如對(duì)端口界面和(hé)通(tōng)訊方面的(de)要求)，主要控制方式是位置、轉矩還(hái)是速度方式。供電電源是直流還(hái)是交流電源，或電池供電，電壓範圍。據此以确定電機和(hé)配用(yòng)驅動器或控制器的(de)型号。

2、如何配用(yòng)步進電機驅動器?

根據電機的(de)電流，配用(yòng)大(dà)于或等于此電流的(de)驅動器。如果需要低振動或高(gāo)精度時(shí)，可(kě)配用(yòng)細分(fēn)型驅動器。對(duì)于大(dà)轉矩電機，盡可(kě)能用(yòng)高(gāo)電壓型驅動器，以獲得(de)良好的(de)高(gāo)速性能。

3、2相和(hé)5相步進電機有何區(qū)别，如何選擇?

2相電機成本低，但在低速時(shí)的(de)震動較大(dà)，高(gāo)速時(shí)的(de)力矩下(xià)降快(kuài)。5相電機則振動較小，高(gāo)速性能好，比2相電機的(de)速度高(gāo)30~50%，可(kě)在部分(fēn)場(chǎng)合取代伺服電機。

4、何時(shí)選用(yòng)直流伺服系統，它和(hé)交流伺服有何區(qū)别?

直流伺服電機分(fēn)爲有刷和(hé)無刷電機。

      有刷電機成本低，結構簡單，啓動轉矩大(dà)，調速範圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便(換碳刷)，産生電磁幹擾，對(duì)環境有要求。因此它可(kě)以用(yòng)于對(duì)成本敏感的(de)普通(tōng)工業和(hé)民用(yòng)場(chǎng)合。

       無刷電機體積小，重量輕，出力大(dà)，響應快(kuài)，速度高(gāo)，慣量小，轉動平滑，力矩穩定。控制複雜(zá)，容易實現智能化(huà)，其電子換相方式靈活，可(kě)以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高(gāo)，運行溫度低，電磁輻射很小，長(cháng)壽命，可(kě)用(yòng)于各種環境。

      交流伺服電機也(yě)是無刷電機，分(fēn)爲同步和(hé)異步電機，目前運動控制中一般都用(yòng)同步電機，它的(de)功率範圍大(dà)，可(kě)以做(zuò)到很大(dà)的(de)功率。大(dà)慣量，轉動速度低，且随著(zhe)功率增大(dà)而快(kuài)速降低。因而适合做(zuò)低速平穩運行的(de)應用(yòng)。

5、使用(yòng)電機時(shí)要注意的(de)問題

上電運行前要作如下(xià)檢查:

1)電源電壓是否合适(過壓很可(kě)能造成驅動模塊的(de)損壞);對(duì)于直流輸入的(de)+/-極性一定不能接錯，驅動控制器上的(de)電機型号或電流設定值是否合适(開始時(shí)不要太大(dà));

2)控制信号線接牢靠，工業現場(chǎng)要考慮屏蔽問題(如采用(yòng)雙絞線);

3)不要開始時(shí)就把需要接的(de)線全接上，隻連成基本的(de)系統，運行良好後，再逐步連接。

4)一定要搞清楚接地方法，還(hái)是采用(yòng)浮空不接。

5)開始運行的(de)半小時(shí)内要密切觀察電機的(de)狀态，如運動是否正常，聲音(yīn)和(hé)溫升情況，發現問題立即停機調整。