伺服電機和步進(jìn)電機的區(qū)別與性能比較

在很多的應(yīng)用場合中，都離不開電機的使用。其中，伺服電機、步進(jìn)電機都是電機類型中的一種。步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，伺服電機則是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達(dá)間接變速裝置。那么您知道伺服電機和步進(jìn)電機的區(qū)別在哪里嗎？

嚴(yán)格來說，步進(jìn)電機也屬于伺服電機的一種，伺服電機是特指可以精確受控的電機（指轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、行程可控等等），包括直流伺服電機、交流伺服電機、步進(jìn)電機，但不嚴(yán)格時則多數(shù)指交/直流伺服電機。

與交直流伺服電機相比，步進(jìn)電機最大的特點是轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速均可方便的精確控制，控制系統(tǒng)簡單，它采用順序脈沖驅(qū)動，依次序在定子間接入不同脈沖電流次序，導(dǎo)致步進(jìn)電機的齒間磁力差距而拉動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，控制脈沖的數(shù)量直接對應(yīng)著轉(zhuǎn)子的齒步數(shù)，因此不嚴(yán)格要求時，可以省略位置傳感器，而且停轉(zhuǎn)后有自鎖能力，控制起來比交直流電機容易得多，所以是最常用的伺服電機，特別是在小功率、小體積的電控機械中居統(tǒng)治地位。

但步進(jìn)電機最大的缺點是轉(zhuǎn)矩比較小、功率比較?。ㄗ畲笠仓皇窃贙W級別），轉(zhuǎn)動的平順性也不算好，一般用于小型機電系統(tǒng)。

而交直流伺服電機的主要優(yōu)點是功率大（可達(dá)數(shù)百kw）、轉(zhuǎn)矩大、速度范圍極高（可以極慢也可以極快），而且轉(zhuǎn)矩順滑、抖動小，一般用于大型、高性能數(shù)控系統(tǒng)，但交/直流伺服系統(tǒng)的控制都很復(fù)雜，都需要精確的轉(zhuǎn)角傳感器或者位置傳感器做閉環(huán)控制，算法復(fù)雜，而且成本高昂、體積龐大。

直流伺服電機一般采用電壓控制，少數(shù)也可以采用電流控制，電壓或電流與電機的轉(zhuǎn)速之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，控制系統(tǒng)根據(jù)角度傳感器反饋的信號，控制這個電機電壓，最后達(dá)到控制電機的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角。

步進(jìn)電機和伺服電機的不同在于：

1、控制精度不同；

2、控制方式不同：一個是開環(huán)控制，一個是閉環(huán)控制；

3、低頻特性不同：步進(jìn)電機有低頻振動現(xiàn)象，伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)；

4、矩頻特性不同；

5、過載能力不同；

6、運行性能不同；

從上面可以看出，交流伺服系統(tǒng)在性能方面優(yōu)于步進(jìn)電機，所以伺服電機比步進(jìn)電機價格高。

步進(jìn)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(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(jìn)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(jìn)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一一比較。

一、控制精度不同

兩相混合式步進(jìn)電機步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進(jìn)電機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機通過細(xì)分后步距角更小。如鳴志公司（MOONS‘）生產(chǎn)的二相混合式步進(jìn)電機搭配其SR系列步進(jìn)驅(qū)動器，其步距角可通過撥碼有16檔細(xì)分可以選擇1.8°、0.9°、0.45°、0.36°、0.225°、0.18°、0.1125°、0.09°、0.072°、0.05625°、0.045°、0.036°、0.028125°、0.018°、0.0144°、0.014°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)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M2交流伺服電機為例，對于帶2500線增量式編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)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131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進(jìn)電機的脈沖當(dāng)量的1/655。

二、低頻特性不同

步進(jìn)電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)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(dāng)步進(jìn)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(xì)分技術(shù)等。

抗共振

步進(jìn)系統(tǒng)的一點不足就在于存在著固有的共振點，SR系列步進(jìn)驅(qū)動器自動計算共振點，并以此來調(diào)整控制算法，從而達(dá)到抑制共振的目的，極大的提高了中頻穩(wěn)定性，使得高速時有更大的力矩輸出，更優(yōu)異的高速性能。

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，可彌補機械的剛性不足，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。

振動抑制

M2伺服系統(tǒng)的振動抑制功能包含共振抑制及阻尼減振兩個部分。

? 共振抑制功能

提供兩組陷波濾波器（Notch Filters），有效地克服由于設(shè)備機械結(jié)構(gòu)固有特性造成的共振問題。

? 阻尼減振功能

可通過調(diào)節(jié)控制器提供的阻尼系數(shù)改善整個運動系統(tǒng)的阻尼特性，從而有效減小系統(tǒng)的振動。

三、矩頻特性不同

步進(jìn)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。

? 相同尺寸下的伺服電機與步進(jìn)電機的速度力矩特性比較

四、過載能力不同

步進(jìn)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M2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)矩的二到三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進(jìn)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(jìn)電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)失步或堵轉(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(jìn)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(jìn)電機的失步或過沖的現(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，以鳴志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(jìn)電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)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(dāng)?shù)目刂齐姍C。