伺服电机与步进电机的优势性能比较分析课件

步进电机 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，（即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。）步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。分分类:感应子式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。步进电机 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移伺服电机与步进电机的优势性能比较分析课件三相反三相反应式步式步进电机原理机原理 结构构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3，C与齿3向右错开2/3，A与齿5相对齐，（A就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：三相反应式步进电机原理 1.如如A相通相通电，B，C相不通相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。2.如如B相通相通电，A，C相不通相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3，此时齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3）=2/3。3.如如C相通相通电，A，B相不通相不通电时，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3，此时齿4与A偏移为1/3对齐。4.如如A相通相通电，B，C相不通相不通电时，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A通电，电机就每步（每脉冲）1/3,向右旋转。如按A，C，B，A通电，电机就反转。1.如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对 可以看出，电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3改变为1/6。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3变为1/12，1/24，这就是电机细分驱动的基本理论依据。电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。可以 看出，电机的位置和速度由导电次数（脉冲电机正反机正反转控制控制：当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB时为反转。步距角精度步距角精度（动态）：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。失步（失步（动态）：）：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。步进电机的选择有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。伺服电机与步进电机的优势性能比较分析课件步步进电机的一些指机的一些指标术语相数相数（静态）：产生不同对极性为N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数拍数（静态）：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数。用n表示。以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角步距角（静态）：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度/（转子齿数J*运行拍数）。以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步）。八拍运行时步距角=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。静静转矩矩（静态）：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。步进电机的一些指标术语力矩与功率力矩与功率换算算步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率力矩与功率换算如下：算如下：P=M =2n/60 P=2nM/60 其P为功率单位为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿米电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。力矩与功率换算伺服伺服电机机 伺服伺服：一词源于希腊语“奴隶”的意思。（人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。）伺服伺服电机机：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。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。伺服电机的优点：大扭力、控制简单、装配灵活。伺服系伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。伺服电机 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。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。交流伺服是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。伺服伺服电机的机的结构构：一个伺服电机内部包括了一个直流电机；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。其中，高速转动的电机提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服电机的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成伺服电机与步进电机的优势性能比较分析课件伺服伺服电机的工作原理：机的工作原理：伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的。步步进电机和伺服机和伺服电机性能比机性能比较1.控制精度不同控制精度不同：两相混合式步进电机步距角一般为3.6、1.8，五相混合式步进电机步距角一般为0.72、0.36。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09。伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。对于带标准2500线编码器的电机而言，当驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360/10000=0.036。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。伺服电机的工作原理：伺服电机是一个典型闭环反 2.低低频特性不同特性不同:步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。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。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。3.矩矩频特性不同特性不同:步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。4.过载能力不同能力不同:步进电机一般不具有过载能力。伺服电机具有较强的过载能力。步进电机没有过载能力，在选型时为了克服惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作时又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。2.低频特性不同:步进电机在低速时易出现低频振 5.运行性能不同运行性能不同:步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。6.速度响速度响应性能不同性能不同:步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。伺服系统在许多方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常使用步进电机。在设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的电机。5.运行性能不同:步进电机的控制为开环控制，