伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱伺服系統(tǒng))是以機(jī)械位置或角度為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床。伺服系統(tǒng)中使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大(機(jī)電系統(tǒng)中使用的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，可以直接與螺桿等機(jī)械部件連接。伺服電機(jī)有一個(gè)特殊的小慣性電機(jī)，以獲得非常高的響應(yīng)速度。然而，這種電機(jī)過載能力低，因此在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中使用時(shí)，必須加速和減速。

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量反映了系統(tǒng)的加速度特性。選擇伺服電機(jī)時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不能超過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的3倍。)，這種特殊的電機(jī)叫伺服電機(jī)。當(dāng)然，它的基本工作原理與普通交流/DC電機(jī)沒有什么不同。這種電機(jī)的特殊驅(qū)動(dòng)單元稱為伺服驅(qū)動(dòng)單元，有時(shí)簡(jiǎn)稱伺服。通常，其內(nèi)部包括電流、速度和/或位置的閉環(huán)。

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行器。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到脈沖信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度(稱為“步角”)，其旋轉(zhuǎn)以固定的角度步進(jìn)運(yùn)行。角位移可以通過控制脈沖數(shù)來控制，從而達(dá)到精確定位的目的；同時(shí)，可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可作為控制專用電機(jī)，因其無累積誤差(精度為100%)而廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制中。目前常用的步進(jìn)電機(jī)有反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)、永磁步進(jìn)電機(jī)(PM)、混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)和單相步進(jìn)電機(jī)。

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁體，由驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在這個(gè)磁場(chǎng)的作用下旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，電機(jī)的編碼器將信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值的比較來調(diào)整轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。伺服電機(jī)的精度取決于編碼器的精度(行數(shù))。步進(jìn)電機(jī)與交流伺服電機(jī)性能比較步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)裝置，本質(zhì)上與現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有關(guān)。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)被廣泛使用。隨著全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)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(shì)，在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)。雖然它們?cè)诳刂品绞?脈沖序列和方向信號(hào))上相似，但在性能和應(yīng)用上卻有很大的不同。本文比較了這兩種系統(tǒng)的性能。

步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的區(qū)別

1.不同控制精度的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為3.6。 1.8°五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為0.72 & # 176；0.36°還有一些步進(jìn)角度較小的高性能步進(jìn)電機(jī)。比如Stone公司生產(chǎn)的線切割機(jī)床用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)角為0.09 & # 176；伯杰LAHR公司生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角可以通過傾角開關(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。以松下全數(shù)字交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)，脈沖當(dāng)量為360 & # 176；/10000=0.036°對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一次，即其脈沖脈沖當(dāng)量為360 & # 176；/131072=9.89秒。就是步角是1.8 & # 176；步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量的1/655。

第二，不同低頻特性的步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)容易產(chǎn)生低頻振動(dòng)。振動(dòng)頻率與負(fù)載條件和駕駛員的表現(xiàn)有關(guān)。一般認(rèn)為振動(dòng)頻率是電機(jī)空載起飛頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)工作原理決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。步進(jìn)電機(jī)低速工作時(shí)，應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，如在電機(jī)上增加阻尼器或在驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)。交流伺服電機(jī)運(yùn)行非常平穩(wěn)，即使低速也不會(huì)振動(dòng)。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可以彌補(bǔ)機(jī)械剛性不足，系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率分析功能(FFT)，可以檢測(cè)機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。

3.不同矩頻特性的步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小，在較高轉(zhuǎn)速時(shí)急劇下降，因此其大工作轉(zhuǎn)速一般為300 ~ 600 rpm。交流伺服電機(jī)具有恒定的扭矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000轉(zhuǎn)/分或3000轉(zhuǎn)/分)內(nèi)輸出額定扭矩，在額定轉(zhuǎn)速以上輸出恒定功率。

4.過載能力不同的步進(jìn)電機(jī)一般沒有過載能力。交流伺服電機(jī)過載能力強(qiáng)。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載的能力。大扭矩是額定扭矩的三倍，可以用來克服起動(dòng)力矩時(shí)慣性負(fù)載的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選舉中

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。

　　五、運(yùn)行性能不同 步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)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(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(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。

　　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)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。