步進(jìn)電機是一種離散運動的裝置,它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進(jìn)電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。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(jìn)電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似(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。
(一)控制精度不同。步進(jìn)電機設(shè)備的步距角通常情況下為固定值,例如一張應(yīng)用在慢走絲機床當(dāng)中的步進(jìn)電機,其步距角就為固定值0.09°。而兩相混合式步進(jìn)電機產(chǎn)生的步距角達(dá)到1.8°。另外一些性能更好的電機可能在進(jìn)行步距角設(shè)計時角度更小。伺服電機的控制精度通常情況下由電機軸旋轉(zhuǎn)編碼器完成控制。標(biāo)準(zhǔn)型號電機當(dāng)中的編碼器主要使用的是4倍頻技術(shù)編碼,其脈沖當(dāng)量能夠達(dá)到0.036°
(二)低頻特性不同。步進(jìn)電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān),一般認(rèn)為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機工作在低速時,一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象,比如在電機上加阻尼器,或驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)等。伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可涵蓋機械的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能,可檢測出機械的共振點,便于系統(tǒng)調(diào)整
(三)矩頻特性不同。步進(jìn)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300~600RPM,交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000RPM或3000RPM)以內(nèi),都能輸出額定轉(zhuǎn)矩,在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。伺服本身是沒有保持力矩的,而步進(jìn)電機有保持力矩。區(qū)別在于,伺服電機的所謂靜止,實際上是一個動平衡的過程,電機不會真的停在指定位置上。
(四)運行性能不同。步進(jìn)電機的控制為開環(huán)控制,啟動頻率過高或負(fù)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(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)電機的丟步或過沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠。
(五)過載能力不同。步進(jìn)電機一般不具有過載能力;交流伺服電機具有較強的過載能力。以交流伺服系統(tǒng)為例,其具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力,最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3倍,可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機因沒有這種過載能力,在選型時為克服慣性力矩,往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機,而機器在正常工作期又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩,便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。
(六)速度響應(yīng)性能不同。步進(jìn)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200~400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速3000r/min僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場合。因為交流伺服可以有瞬間大扭矩輸出,所以加速性能可能比步進(jìn)強,但是說到響應(yīng),伺服總是受其響應(yīng)頻率限制,而步進(jìn)電機基本不用考慮響應(yīng)時間的問題。