伺服电机与步进电机有哪些区别?

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伺服电机与步进电机在原理、控制方式、性能特点等方面存在显著区别,具体如下:

原理与控制方式
  • 步进电机:

    将电脉冲转化为角位移的执行机构,每接收到一个脉冲信号,就按设定方向转动一个固定角度(步距角),旋转以固定步进角度逐步运行。

    通过控制脉冲个数控制角位移量以准确定位,通过控制脉冲频率控制转动速度和加速度以调速,改变绕组通电顺序可使电机反转。

    需要使用专用步进电机驱动器,驱动器由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。功率驱动单元放大脉冲并与电机直接耦合,是电机与微控制器的功率接口。驱动器的脉冲给定方式决定电机运行方式,如m相单m拍运行、m相双m拍运行、m相单双m拍运行、细分驱动(需驱动器给出不同幅值驱动信号)。细分驱动技术提高了步进电机的转动力矩和分辨率,消除了低频振荡,性能优于其他类型驱动器。

  • 伺服电机:

    又称执行电动机,在自动控制系统中用作执行元件,把收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出,分为直流和交流伺服电动机两大类。

    接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度实现位移。伺服电机本身具备发出脉冲的功能,每旋转一个角度都会发出对应数量的脉冲,与接受的脉冲形成闭环,系统通过比较发出和收到的脉冲数量精确控制电机转动,实现精确定位。

    内部转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,使转子转动。同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值比较,调整转子转动角度。

    不同类型伺服电机驱动器控制结构不同:

    有刷直流伺服电机驱动器为三闭环结构,从内到外分别为电流环、速度环、位置环。电流环输出控制电机电枢电压,输入为速度环PID的输出;速度环输入为位置环的PID输出;位置环输入即是给定输入。

    无刷直流伺服电机驱动器供电电源为直流,经内部三相逆变器逆变成U/V/W的交流电供给电动机,同样采用三闭环控制结构(电流环、速度环、位置环),驱动控制原理与有刷直流伺服电机驱动器相同。

    交流伺服电机驱动器大体可划分为功率板和控制板两个模块。控制板通过相应算法输出PWM信号,作为驱动电路的驱动信号,改变逆变器的输出功率以控制三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流得到直流电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频驱动三相永磁式同步交流伺服电机,即AC - DC - AC的变流过程。控制单元是整个交流伺服系统的核心,实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制。

性能特点
  • 控制精度:

    步进电机的精确度取决于相数和拍数,相数和拍数越多,精确度越高。

    伺服电机的精度取决于自带的编码器,编码器的刻度越多,精度越高。

  • 低频特性:

    步进电机在低速时易出现低频振动现象,一般采用阻尼技术或细分技术来克服。

    伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。

  • 矩频特性:

    步进电机输出力矩随转速的升高而下降,高速时会急剧下降。

    伺服电机在额定转速内为恒力矩输出,在额定转速上为恒功率输出。

  • 过载能力:

    步进电机不具备过载能力。

    伺服电机有较强的过载能力。

  • 运行性能:

    步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲现象。

    交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。

  • 速度响应性能:

    步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒。

    交流伺服系统的加速性能较好,一般只需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。



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