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(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,步進電機的應(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(yīng)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
步進電機和交流伺服電機性能比較
步進電機和交流伺服電機性能比較
c。
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(chǎn)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(chǎn)的三相混合式步進電機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電機的步距角。
交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)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(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言,
驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機轉(zhuǎn)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(qū)動器性能有關(guān),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(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時,一
般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象,比如在電機上加阻尼器,或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。
交流伺服電機運轉(zhuǎn)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(nèi)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(diào)整。
三、矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降,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(zhuǎn)矩
過載能力。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(zhuǎn)矩的電機,而機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(zhuǎn)的現(xiàn)象,停止時轉(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)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行
采樣,內(nèi)部構(gòu)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(yīng)性能不同
步進電機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)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機
。所以,在控制系統(tǒng)的設(shè)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。
寫這個帖子的人,是賣交流伺服電機的吧?內(nèi)容基本正確,但是,不全面。樓主用于對比的幾個部分,有些是可以從另
外一個角度來看的。
1、控制精度不同
顯然,樓主不知道步進電機驅(qū)動器有"細分"的概念。兩相步進電機的步進角是1.8度沒錯,但是,現(xiàn)在64細分的驅(qū)動器
也很常見了。注意,這個時候,電機是200*64=12800個脈沖轉(zhuǎn)一圈。而市面上常見的交流伺服,編碼器不過是2048或者2500
線的。當然,有17位編碼器的電機,不過,步進驅(qū)動器也有256細分的。從分辨率而言,交流伺服還是要高一些,但是遠沒
有樓主所寫得那么夸張。而且,既然是說控制精度,那么,用過伺服的人都應(yīng)該知道,伺服的動態(tài)重現(xiàn)性是分辨率的多少倍
。就常規(guī)設(shè)計而言,選型時,要把重現(xiàn)性指標乘以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
當步進電機細分數(shù)達到32以上時,基本就沒有低頻振動的問題了。而伺服想保持一個準確、穩(wěn)定的低速,用過的人應(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)
3、頻矩特性不同
對于轉(zhuǎn)矩,需要補充一點,伺服本身是沒有保持力矩的,而步進電機有保持力矩。區(qū)別在于,伺服電機的所謂靜止,實
際上是一個動平衡的過程,電機不會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,而步進電機
重現(xiàn)性可以比分辨率更高)。
4、過載能力不同
這個沒有什么可說的,不過對于力矩浪費的說法,還是有點意見。很多步進驅(qū)動器提供了半流功能,在不需要全力矩輸
出的時候,可以降低電流,減小力矩。
5、運行性能不同
丟步確實是步進電機的致命缺陷,但是,伺服就可以不考慮加減速的曲線嗎?你真給一個階躍信號試試,電機會有多大
的抖動。不過抖歸抖,最終還是會停在正確的位置上,這確實比步進強。如果是定位控制,這個抖動無所謂了,如果是過程
控制,誰敢這么用?
6、速度響應(yīng)性能不同
因為交流伺服可以有瞬間大扭矩輸出,所以加速性能可能比步進強,不過松下加到3000RPM用幾毫秒,先試過再來說話
好不好?而且說到響應(yīng),那就不能不說交流伺服的本質(zhì)缺陷——滯后。一般電機,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),一般認為是8毫秒。說到快速起停,伺服總是手其響應(yīng)頻率限制,而步進電機基本不用考慮響應(yīng)時間的問題。用步
進電機可以很簡單的做到一秒起停100次,每次移動20微米,用伺服大家可以試試看。
步進與伺服,無所謂優(yōu)劣,各有適用場合而已,一般來說,大負載,高速度的應(yīng)用,不要用步進電機,但低負載、低速
度的場合,高細分的步進性能比交流伺服要好。