在原理上看

伺服電動(dòng)機(jī)的原理

伺服電動(dòng)機(jī)也稱為運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，用作將從自動(dòng)控制系統(tǒng)接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)軸的角位移或角速度輸出的致動(dòng)器。它分為兩類：DC和AC伺服電機(jī)。

當(dāng)伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖時(shí)，它旋轉(zhuǎn)與1個(gè)脈沖相對(duì)應(yīng)的角度以實(shí)現(xiàn)位移。由于伺服電動(dòng)機(jī)本身具有發(fā)送脈沖的功能，因此，每當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度時(shí)，就以這種方式由伺服電動(dòng)機(jī)接收到的脈沖形成一個(gè)閉環(huán)。系統(tǒng)知道向伺服電機(jī)發(fā)送了多少個(gè)脈沖，以及同時(shí)接收了多少個(gè)脈沖。這樣，可以精確地控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)并精確地對(duì)其進(jìn)行定位。

步進(jìn)電機(jī)的原理

步進(jìn)電機(jī)是用于控制的特殊電機(jī)，并且是將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到脈沖信號(hào)時(shí)，其驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沿設(shè)定方向旋轉(zhuǎn)固定角度（稱為“步進(jìn)角度”），并以固定步進(jìn)角度逐步旋轉(zhuǎn)。可以通過(guò)控制脈沖數(shù)來(lái)控制每個(gè)位移，以達(dá)到精確的定位目的。同時(shí)，可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度和加速度。調(diào)速的目的如果更改繞組的通電順序，則電動(dòng)機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)。

使用性能上看

1.控制精度不同

兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)角通常為3.6°，1.8°，五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)角通常為0.72°，0.36°。也有步進(jìn)角較小的高性能步進(jìn)電機(jī)。例如，Stone Company生產(chǎn)的低速線材機(jī)床中使用的步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角為0.09°，德國(guó)Bergerlahr生產(chǎn)的三相混合型步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角可以通過(guò)撥盤進(jìn)行調(diào)節(jié)。代碼開關(guān)設(shè)置為1.8°，0.9°，0.72°，0.36°，0.18°，0.09°，0.072°，0.036°，并且與兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角兼容。

交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后部的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下的全數(shù)字交流伺服電機(jī)為例。對(duì)于帶有標(biāo)準(zhǔn)2500行編碼器的電機(jī)，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，因此脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對(duì)于帶有17位編碼器的電動(dòng)機(jī)，每當(dāng)驅(qū)動(dòng)器收到217=131072脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)旋轉(zhuǎn)1圈。也就是說(shuō)，該脈沖為360°/131072=9.89秒。它是與步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)相對(duì)應(yīng)的脈沖的1/655。

2.各種低頻特性

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)載條件和驅(qū)動(dòng)器的性能有關(guān)，通常將振動(dòng)頻率視為電動(dòng)機(jī)空載起飛頻率的一半。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理確定，這種低頻振動(dòng)現(xiàn)象非常不利于機(jī)器的正常運(yùn)行。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以低速運(yùn)行時(shí)，通常應(yīng)使用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，例如在電動(dòng)機(jī)上增加阻尼器或在驅(qū)動(dòng)器中使用分段技術(shù)。交流伺服電機(jī)運(yùn)行非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也沒(méi)有振動(dòng)。 AC伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可以彌補(bǔ)機(jī)器的剛性不足，并且系統(tǒng)的內(nèi)部頻率分析功能（FFT）可以檢測(cè)到機(jī)器的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。

3.不同的瞬時(shí)頻率特性

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨著速度的增加而減小，并在高速時(shí)迅速減小，因此大運(yùn)行速度通常為300至600RPM。交流伺服電機(jī)具有恒定的轉(zhuǎn)矩輸出。換句話說(shuō)，它可以在額定速度（通常為2000RPM或3000RPM）內(nèi)輸出額定轉(zhuǎn)矩，并且可以在額定速度以上輸出恒定功率。

4.各種過(guò)載能力

步進(jìn)電機(jī)通常沒(méi)有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有很強(qiáng)的過(guò)載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例。具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載功能。大扭矩是額定扭矩的3倍，可以克服啟動(dòng)時(shí)慣性負(fù)載的慣性矩。步進(jìn)電機(jī)不具有這樣的過(guò)載能力，因此在選擇模型時(shí)，您通常必須選擇具有較大扭矩的電機(jī)來(lái)克服這種慣性矩，并且在正常運(yùn)行期間該機(jī)器不需要那么大的扭矩。因此出現(xiàn)扭矩。

5.不同的運(yùn)行性能

步進(jìn)電機(jī)的控制是開環(huán)控制。如果啟動(dòng)頻率太高或負(fù)載太大，則很容易失去步伐或失速。如果速度太高，則很容易過(guò)沖。因此，為了確保控制精度，您必須很好地處理加速和減速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)器可以直接采樣電機(jī)編碼器的反饋信號(hào)。位置環(huán)和速度環(huán)形成在內(nèi)部。通常，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不會(huì)失步或超調(diào)并失去控制。性能更穩(wěn)定。

6.不同的速度響應(yīng)性能

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度（通常為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200到400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能更好。以Panasonic MSMA400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，因此可用于需要高速控制的場(chǎng)合。啟動(dòng)和停止。