步進電機和伺服電機的區(qū)別

步進電機和伺服電機都是運動控制用途的伺服單元，都可以精確控制運動機構(gòu)的位置和速度。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機，在省人工的大時代背景下，都得到大量的使用。雖然兩者在位置控制方式上十分相似(脈沖串和方向信號)，但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。

一、控制精度不同

兩相混合式步進電機步距角一般為1.8°，三相混合式步進電機步距角為1.2°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。步進電機在使用細分驅(qū)動技術(shù)以后，控制精度得到提高，兩相步進電機可以分辨的步數(shù)約為51200步/轉(zhuǎn)，也有控制精度更高的，但成本會比較貴。

交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。對于帶標準2500線編碼器的伺服電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。

值得注意的是，相當(dāng)一部分人認為交流伺服精度極高，這個認識是有誤區(qū)的，就算你100倍電子齒輪，甚至用30000線的編碼器，其實沒有什么作用，伺服電機也無法分辨那么小的步數(shù)。編碼器的反饋結(jié)果無非讓伺服驅(qū)動器反復(fù)對齒。

相對于絕大多數(shù)用戶而言，無論是機械傳動精度，還是光電傳感器來定位精度，都沒有步進電機伺服電機的物理精度高，單方面追求電機的最高精度是沒有必要的。

二、矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在0～900RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為1000~3000RPM)以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。

伺服電機輸出力矩的矩頻特性平穩(wěn)，優(yōu)勢體現(xiàn)在需要速度較高的環(huán)境，在低速時，這個優(yōu)勢并沒有意義，以57步進和60系列400W伺服電機來比較，矩頻特性如下：

如上圖所示紅色為伺服電機矩頻特性，藍色部分為混合式步進電機矩頻特性。

三、過載能力不同

步進電機一般不具有過載能力，交流伺服電機具有2到3倍的速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時必須根據(jù)負載的扭矩和運動特性來考慮，并優(yōu)化步進電機的加減速曲線。

四、運行性能不同

步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速時的加減速控制程序問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。伺服電機是閉環(huán)系統(tǒng)，伺服驅(qū)動器可以自動修正丟失的脈沖，在堵轉(zhuǎn)時也可以及時給控制器反饋，而步進電機是開環(huán)系統(tǒng)，必須通過足夠的力矩余量來避免堵轉(zhuǎn)。

五、速度響應(yīng)性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要100～2000毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM最短僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在一些性能方面都優(yōu)于步進電機，但是步進電機有其自身的特性，不會被完全取代。

1、交流伺服精度略高于步進電機，但是大多數(shù)場合，步進電機的分辨率已經(jīng)遠高于機械要求的精度;

2、雖然矩頻特性不同，但是并不是所有設(shè)備應(yīng)用都是需要高速度的，步進電機的低速大力矩，通常電機轉(zhuǎn)速要求900rpm以內(nèi)適合使用步進電機，更高速度適合使用交流伺服電機;

3、交流伺服有很強的過載能力，但是部分步進電機驅(qū)動器也具有一定的過載能力，而且在過載能力和保留足夠力矩余量之間可以做一個性價比的選擇;

4、速度響應(yīng)頻率不同，這是選擇步進電機和交流伺服電機的又一個重要因素。高響應(yīng)頻率是交流伺服電機的優(yōu)勢。

5、前面提到了交流伺服電機的精度，大部分用戶并不知道交流伺服電機在高分辨率低速度時會反復(fù)對位置，以至于出現(xiàn)微抖動，在一些極高精度的設(shè)備上，比如精密玉石雕刻機，高精度低速機器人上，這樣的抖動會造成圓弧上的鋸齒，或者模糊。而特殊處理過的步進電機確可以解決這一問題，因為步進電機不會反復(fù)對齒。

6、在一些分度控制的應(yīng)用中，步進電機轉(zhuǎn)到角度停止，鎖定力矩較大，交流伺服則是在受外力位置丟失以后再找回位置，這個過程可能造成加工誤差。

7、步進電機的成本便宜很多，簡單易用，所以步進電機能夠?qū)?yīng)的負載，應(yīng)該優(yōu)先考慮選用步進電機方案。事實上，步進電機近十年來的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴大，在步進電機基礎(chǔ)上發(fā)展的步進伺服電機在一些方面的表現(xiàn)會優(yōu)于伺服電機，例如需要快速來回擺動的情況下，而步進伺服電機的成本還是比普通交流伺服電機便宜不少，會取代一些小功率的交流伺服電機。