步進(jìn)電機(jī)作為一種開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，與現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著數(shù)字交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)在數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)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?脈沖串和方向信號(hào))上相似，但在性能和應(yīng)用上卻有很大的不同?，F(xiàn)在我們來(lái)比較一下他們的表現(xiàn)。

1、控制精度不同

兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角一般為1.8°、0.9°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分后步進(jìn)角度較小。兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的步角由sanyodenki公司可以設(shè)置為1.8°,0.9°,0.72°,0.36°,0.18°,0.09°,0.072°,0.036°通過(guò)撥開(kāi)關(guān),這是兼容的角步的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)和五個(gè)階段。

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。以三洋全數(shù)字交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶有標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機(jī)，由于驅(qū)動(dòng)內(nèi)部采用四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/ 8000 = 0.045°。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)端每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)，即其脈沖當(dāng)量為360°/ 131072 = 0.0027466°，是階躍角度為1.8°的步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量的1 / 655。

2、種不同的低頻特性

步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)容易產(chǎn)生低頻振動(dòng)。振動(dòng)頻率與驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載和性能有關(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)行非常不利。步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，如在電機(jī)上加阻尼器或在驅(qū)動(dòng)器上細(xì)分技術(shù)等。

交流伺服電機(jī)運(yùn)行非常平穩(wěn)，即使在低速下也沒(méi)有振動(dòng)。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可以彌補(bǔ)機(jī)械剛性的不足。此外，系統(tǒng)還具有頻率分析功能(FFT)，可以檢測(cè)機(jī)械諧振點(diǎn)，方便系統(tǒng)調(diào)整。

3、種不同的矩頻特性

步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小，轉(zhuǎn)速越高轉(zhuǎn)矩急劇減小，其最大工作轉(zhuǎn)速一般為300-600 rpm。交流伺服電機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，即在額定轉(zhuǎn)速(一般為2000轉(zhuǎn)/分或3000轉(zhuǎn)/分)范圍內(nèi)輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上輸出恒功率。

4、不同過(guò)載能力

步進(jìn)電機(jī)一般沒(méi)有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。以三洋交流伺服系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載的能力。最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2 ~ 3倍，可用于克服起動(dòng)時(shí)刻慣性負(fù)載的慣性矩。由于步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有這種過(guò)載能力，為了克服這種慣性矩，往往需要選擇轉(zhuǎn)矩較大的電機(jī)，而機(jī)器在正常運(yùn)行時(shí)并不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，所以存在轉(zhuǎn)矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。

5、不同運(yùn)行性能

步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，當(dāng)啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大時(shí)容易丟失步進(jìn)或鎖定轉(zhuǎn)子，電機(jī)停止時(shí)速度過(guò)高時(shí)容易超調(diào)。因此，為了保證控制精度，應(yīng)妥善處理提速和降速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)程序可以直接對(duì)電機(jī)編碼器的反饋信號(hào)進(jìn)行采樣。內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)位置回路和一個(gè)速度回路。步進(jìn)電機(jī)一般無(wú)失步或超調(diào)，控制性能更可靠。

6、種不同的速度響應(yīng)性能

步進(jìn)電機(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200-400ms。交流伺服系統(tǒng)具有良好的加速性能。以松下msma400w交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速3000rpm僅需幾毫秒，可用于需要快速啟動(dòng)和停止的控制場(chǎng)合。

綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在很多方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合，常采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)。因此，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)考慮控制要求、成本等因素，選擇合適的控制電機(jī)。