伺服电机和步进电机的区别是什么

发布日期:2022-09-05 浏览次数:14



伺服电机和步进电机的区别是什么

 
一、 步进电机
 
原理
 
作为控制用特殊电机,步进电机是将电脉冲转换成角位移的致动器。当步进驱动器输入脉冲信号时,驱动步进电机使设定的角度(步进角度)的一定角度旋转,以一定的角度依次执行该旋转。角度位移可以通过控制脉冲数来控制,以实现准确定位的目的,同时可以通过控制脉冲频率来控制电机的旋转速度和加速度,以实现速度控制的目的。如果绕组的电源接通顺序被变更,则电机相反。
 
 
驱动器原理 
 
步进电机需要由由脉冲产生控制单元、功率驱动单元、保护单元等构成的特殊步进电机驱动。属于步进电机和微控制器之间的功率接口。
 
 
控制指令部接收脉冲和方向信号,对应的脉冲产生控制部生成对应的相位数的脉冲组,通过功率驱动部后向步进电机输送,步进电机在对应的方向旋转步进角。驱动程序的脉冲设定模式决定步进电机的动作模式,如下:  
 
(1)m相单m拍运行  
(2)m相双m拍运行  
(3)m相单、双m拍运行  
(4)细分驱动,需要驱动器给出不同幅值的驱动信号 
 
步进电机具有重要的技术数据,如最大静态转矩、启动频率和运行频率。通常,步进角度越小,电机的最大静电扭矩越大,起动频率及动作频率越高。因此,在运转模式下强调细分化驱动技术,提高步进电机的旋转扭矩和分辨率,完全消除电机的低频振荡。因此,细分驱动与其他类型的驱动器相比具有优异的性能。
 
伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,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进行比较,调整转子转动的角度。
 
二、伺服电机
 
伺服电机原理 
 
伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所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。 
 
当伺服电动机接受脉冲时,使1个脉冲的角度旋转,实现位移。由于伺服电机本身具有传送脉冲的功能,因此伺服电机按照对应的脉冲数发送旋转数。这样,通过由伺服电动机接收的脉冲形成闭环,能够知道向伺服电动机发送了怎样多的脉冲,同时,能够正确地控制接收怎样多的脉冲可以实现准确的定位。
 
 
在性能上比较,交流伺服电机要优于直流伺服电机,交流伺服电机采用正弦波控制,转矩脉动小,容量可以比较大。直流伺服电机采用梯形波控制,相对差一些。直流伺服电机中无刷伺服电机比有刷伺服电机要性能要好。
 
伺服电机驱动器
 
伺服电机内的转子是永久磁铁。由驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场。由于磁场的作用,转子旋转。同时,电机提供的编码器反馈信号被发送给驱动器。司机将反馈值与目标值进行比较,调整转子的旋转角度。
 
无刷DC伺服电动机驱动器:电机的动作原理与通常的DC电机完全相同。驱动器是三个闭环结构,电流环、速度环和位置环包括在从内到外。电流回路的输出控制电机的电机子电压。电流环路的输入是速度环路的PID输出,速度环路的输入是位置环路的PID输出,位置环路的输入是给定的输入。
 
无刷DC伺服电动机驱动器:电源为DC。然后,为了提供电机,内部三相反相器将其倒置到U/V/W AC上。另外,采用3种闭环控制结构(当前循环、速度循环和位置循环)。驱动控制原理与上述相同。
 
AC伺服电机驱动程序:一般可分为两个模块:具有独立功能的电源板和控制板。控制盘为了控制3相的永久磁铁同步AC伺服电动机,通过对应于驱动电路的驱动信号的算法输出使反相器的输出功率变化的PWM信号。
 
首先,电力驱动装置经由三相全桥整流电路整流输入三相电力或商用电力以获得对应的直流电力。在经过三相正弦波PWM电压源反相器的频率转换而整流的三相电力或本线电力之后,其仅为AC-DC-AC转换器过程,以驱动三相永磁体同步AC伺服电机。
 
控制装置是实现系统伺服控制、速度控制、扭矩、电流控制的ac伺服系统整体的核心。
 
三、伺服电机与步进电机的性能比较 
 
控制精度:步进电机的相数和拍数越多,它的精确度就越高,伺服电机取块于自带的编码器,编码器的刻度越多,精度就越高; 
 
低频特性:步进电机在低速时易出现低频振动现象,当它工作在低速时一般采用阻尼技术或细分技术来克服低频振动现象,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:步进电机的控制是开环控制。如果开始频率太高或负荷太大,则容易失去步骤或失速。当速度太高的时候停止的话,那很容易就有超高投篮。AC伺服驱动系统是闭环控制。驱动器可以直接采样电机环路的反馈信号以形成位置环和速度环,并且通常不产生步进电机的步进损失或过冲。
 
速度响应性能:步进电机需要几百毫秒才能从静态加速到工作速度,而AC伺服系统的加速性能良好,一般仅几毫秒(它可以用于需要快速启动和停止的控制活动)。