伺服與步進電機的區別

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步進電機是一種離散運動的裝置，它和現代數字控製技術有著本質的聯係。在目前國內的數字控製係統中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服係統的出現，交流伺服電機也越來越多地應用於數字控製係統中。為了適應數字控製的發展趨勢，運動控製係統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。雖然兩者在控製方式上相似（脈衝串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。現就二者的使用性能作一比較。

一、控製精度不同

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。如四通公司生產的一種用於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）生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為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。

交流伺服電機的控製精度由電機軸後端的旋轉編碼器保證。以鬆下全數字式交流伺服電機為例，對於帶標準2500線編碼器的電機而言，由於驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈衝當量為360°/10000=0.036°。對於帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收217=131072個脈衝電機轉一圈，即其脈衝當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈衝當量的1/655。

二、低頻特性不同

步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，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象對於機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。

交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服係統具有共振抑製功能，可涵蓋機械的剛性不足，並且係統內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便於係統調整。

三、矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉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。以鬆下交流伺服係統為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍，可用於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矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那麼大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。

五、運行性能不同

步進電機的控製為開環控製，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過衝的現象，所以為保證其控製精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動係統為閉環控製，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環和速度環，一般不會出現步進電機的丟步或過衝的現象，控製性能更為可靠。

六、速度響應性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鍾幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服係統的加速性能較好，以鬆下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用於要求快速啟停的控製場合。

綜上所述，交流伺服係統在許多性能方麵都優於步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以，在控製係統的設計過程中要綜合考慮控製要求、成本等多方麵的因素，選用適當的控製電機。在定位係統中 , 最常用的電機不外乎是步進電機和伺服電機 , 其中 , 步進電機主要可分為 2相、5相、微步進係統 , 伺服電機則主要分為 DC伺服和AC伺服兩種 .
2相、5相和微步進係統主要是驅動器所表現出來解析度不同 , 2相步進係統電機每轉最細可分為 400 格 , 五相則為 1000 格 , 微步進則可從 200 ~ 50000(或以上)格 , 表現出來的特性以微步進最好 , 加減速時間較短 , 動態慣性較低.
AC 和 DC 伺服電機主要的分別為 DC伺服比AC伺服電機多了一個碳刷 , 會有維護上的問題 , 而 AC 伺服電機因沒有碳刷 , 所以後續並不會有太大維護上的問題. 所以基本上來說 AC伺服係統是較DC伺服係統為優 , 但 DC 伺服係統主要的優勢則是價位上比 AC 伺服係統較便宜. 而此兩種係統的控製精度皆為相同.
以下為伺服電機與步進電機的特征介紹

步進電機：

◎特　征

●具保持力
　　由於步進電機在激磁狀態停止時，具有很大的保持力，因此即使不使用機械式刹車亦可以保持停止位置(具有激磁狀態停止時，與電機電流成比例的保持力)。
　　在停電時步進電機不具有保持力，因此停電時若需有保持力，請使用附電磁刹車機種。
　　藉由電機的高精度加工，可實現步進電機高精度定位功能。解析度是取決於電機的構造，一般的HYPRID型5相步進電機為1步級0.72°精度是取決於電機的加工精度而定，無負載時的停止精度誤差為±3分(±0.05°)。

● 角度控製、速度控製簡單
步進電機為與輸入的脈波成正比，一次以一步級角運轉（0.72度）。

●高轉矩，高響應性
步進電機雖然體積小但在低速運轉時皆可獲得高轉矩輸出。因此在加速性、響應性、頻繁的起動及停止皆可發揮很大的威力。

●高分解能、高精度定位
5相步進電機在
全步級時0.72°(1回轉500分割)，
半步級時0.36°(1回轉1000分割)。
停止定位精度為±3分(±0.05°)，
所以並不會有角度累積誤差。

●步進電機與AC感應或伺服電機等，有相當大的差異，並具有下列的特征:
‧與輸入脈波同期，以步級方式運轉。
‧以開回路方式即可完成高精度定位。
‧起動、停止的響應性優越。
‧停止時不會有累積角度誤差。
‧因為電機構造簡單，所以保養容易。
‧要驅動步進電機必須要有控製器，隻需向驅動器輸入脈波即可簡單的以開回路方式進行高精度定位控製。


伺服電機：

◎特　征

●高信賴性（閉回路）
AC伺服電機由電機與編碼器、驅動器三部分構成，驅動器的作用是將輸入脈波與編碼器的位置、速度情報進行比較後來對驅動電流進行控製。由於AC伺服電機可以透過編碼器的位置、速度情報隨時檢出電機的運轉狀態，因此，即使是在電機停止時也會向控製器輸出警示信號，所以能隨時檢出電機的異常情況。

●AC伺服電機的長處
‧能獲得定位結束信號。
‧發生過負載等異常情況時，因會輸出警示信號，所以能在設備發生異常時報警。
‧因能依據負載狀態來控製電流，所以效率高、電機發熱程度低。

在如左圖所示的機構上使用時，可充分發揮AC伺服電機的特長。

‧係在X軸運轉完畢後再進行Y軸運轉的驅動模式。此種情況下，因能輸出X軸運轉完畢的信號(END)，所以非常方便。

‧假如X軸發生異常停止時，有可能會影響到其他機構。但因為會輸出通知異常情況的警示信號，所以非常方便。

●高速‧高轉矩
步進電機的特性為在低速領域時能輸出大轉矩，但在高速領域時則轉矩會逐漸下降。
AC伺服電機與步進電機相比，即使在高速領域亦能獲得穩定的高轉矩。所以，按照長行程進行高速移動時適合使用AC伺服電機。

●減速機型
從與一般AC電機相同的分離型簡易減速機到高強度、高精度的一體型減速機，一般備有種類豐富的減速機型伺服電機標準產品。
‧大慣性驅動
‧體積大幅度縮小

王棟春

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