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伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別

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關(guān)鍵詞: 伺服電機(jī),步進(jìn)電機(jī)

    ·步進(jìn)電機(jī)

    原理

    步進(jìn)電機(jī)作為控制用的特種電機(jī),是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”),它的旋轉(zhuǎn)是以固定的步進(jìn)角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的,改變繞組的通電順序,電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。

    伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的性能比較

    驅(qū)動器原理

    步進(jìn)電機(jī)需要使用專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動,驅(qū)動器由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護(hù)單元等組成。功率驅(qū)動單元將脈沖發(fā)生控制單元生成的脈沖放大,與步進(jìn)電機(jī)直接耦合,屬于步進(jìn)電機(jī)與微控制器的功率接口。

    伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的性能比較

    伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的性能比較

    控制指令單元,接收脈沖與方向信號,對應(yīng)的脈沖發(fā)生控制單元對應(yīng)生成一組相應(yīng)相數(shù)的脈沖,經(jīng)過功率驅(qū)動單元后送到步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)在對應(yīng)方向上轉(zhuǎn)過一個步距角。  驅(qū)動器的脈沖給定方式?jīng)Q定了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式,如下:

    (1)m相單m拍運(yùn)行

    (2)m相雙m拍運(yùn)行

    (3)m相單、雙m拍運(yùn)行

    (4)細(xì)分驅(qū)動,需要驅(qū)動器給出不同幅值的驅(qū)動信號

    步進(jìn)電機(jī)有一些重要的技術(shù)數(shù)據(jù),如最大靜轉(zhuǎn)矩、起動頻率、運(yùn)行頻率等。一般來說步距角越小,電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩越大,則起動頻率和運(yùn)行頻率越高,所以運(yùn)行方式中強(qiáng)調(diào)了細(xì)分驅(qū)動技術(shù),該方式提高了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動力矩和分辨率,完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。所以細(xì)分驅(qū)動器驅(qū)動性能優(yōu)與其他類型驅(qū)動器。

    伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場,轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動,同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器,驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。


    ·伺服電機(jī)


    伺服電機(jī)原理

    伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī),在自動控制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類。

    伺服電機(jī)接收到1個脈沖,就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度,從而實(shí)現(xiàn)位移,因?yàn)椋欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能,所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個角度,都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖,這樣,和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了閉環(huán),系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī),同時又收了多少脈沖回來,這樣,就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動,從而實(shí)現(xiàn)精確的定位。

    在性能上比較,交流伺服電機(jī)要優(yōu)于直流伺服電機(jī),交流伺服電機(jī)采用正弦波控制,轉(zhuǎn)矩脈動小,容量可以比較大。直流伺服電機(jī)采用梯形波控制,相對差一些。直流伺服電機(jī)中無刷伺服電機(jī)比有刷伺服電機(jī)要性能要好。

    伺服電機(jī)驅(qū)動器

    伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場,轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動,同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器,驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。

    伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的性能比較

    伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的性能比較

    ·有刷直流伺服電機(jī)驅(qū)動器:電動機(jī)的工作原理和普通的直流電機(jī)完全相同,驅(qū)動器為三閉環(huán)結(jié)構(gòu),從內(nèi)到外分別為電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)。電流環(huán)的輸出控制電機(jī)的電樞電壓,電流環(huán)的輸入為速度環(huán)PID的輸出,速度環(huán)的輸入為位置環(huán)的PID輸出,位置環(huán)的輸入即是給定輸入,控制原理圖如上圖。


    ·無刷直流伺服電機(jī)驅(qū)動器:供電電源為直流,經(jīng)過內(nèi)部的三相逆變器逆變成U/V/W的交流電,供給電動機(jī),驅(qū)動器同樣采用三閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)(電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)),驅(qū)動控制原理同上。 


    ·交流伺服電機(jī)驅(qū)動器:大體可以劃分為功能比較獨(dú)立的功率板和控制板兩個模塊,控制板通過相應(yīng)的算法輸出PWM信號,作為驅(qū)動電路的驅(qū)動信號,來改逆變器的輸出功率,以達(dá)到控制三相永磁式同步交流伺服電機(jī)的目的。 

    功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流,得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電,再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機(jī),簡單的說是AC-DC-AC的變流過程。

    控制單元是整個交流伺服系統(tǒng)的核心,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩和電流控制。


    伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的性能比較 


    a. 控制精度:步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)越多,它的精確度就越高,伺服電機(jī)取塊于自帶的編碼器,編碼器的刻度越多,精度就越高;

    b. 低頻特性:步進(jìn)電機(jī)在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象,當(dāng)它工作在低速時一般采用阻尼技術(shù)或細(xì)分技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象,伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象;

    c. 矩頻特性:步進(jìn)電機(jī)輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降,高速時會急劇下降,伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)為恒力矩輸出,在額定轉(zhuǎn)速上為恒功率輸出;

    d. 過載能力:步進(jìn)電機(jī)不具備過載能力,伺服電機(jī)有較強(qiáng)的過載能力;

    e. 運(yùn)行性能:步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制,啟動頻率過高或負(fù)載過大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖現(xiàn)象,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(jī)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(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠;

    f. 速度響應(yīng)性能:步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒,而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,一般只需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場合。

    (審核編輯: 林靜)

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