步进电机与伺服电机对比分析

  后，闭环步进电机为用户更好的提供出色的精度和效率，既能达到伺服电机的性能，又具有步进电机的低价优势。成本更低的步进电机正在逐渐渗透到原本被高成本伺服电机所支配的应用领域。

  根据传统的观念，在需要速度超过800 RPM以及需要高动态响应的应用中，伺服控制管理系统性能更出色。步进电机则更适合用于速度较低、低到中等加速度、需要较高保持转矩的应用。

  那么这种关于步进电机和伺服电机的传统观念的依据是什么呢？下面让我们来详细分析下。

  步进电机采用步进方式转动，利用磁线圈逐步拉动一个磁体，使其从一个位置到达下一个位置。要使电机在任何方向挪动100个位置，电路都需要对电机进行100次步进操作。步进电机利用脉冲实现递增运动，可以在不用任何反馈传感器的情况下实现精确定位。

  伺服电机的运动方法是不同的。它在磁转子上连接一个位置传感器– 即编码器– 会持续检测电机的准确位置。伺服会监控电机实际位置和指令位置之间的差异，并对电流进行一定的调整。这种闭环系统能使电机保持在正确的运动状态。

  步进电机不仅比伺服电机成本低，而且调试和维护都更简单。步进电机在静止状态是稳定的，并能保持位置（即使是采用动态负载）。不过，如果某些应用场合有更高的性能要求，则一定要采用更昂贵、更复杂的伺服电机。

  在需要随便什么时候都可以了解机器准确位置的应用中，步进电机和伺服电机有重要差别。在通过步进电机控制的开环运动应用中，控制管理系统认为电机始终处于正确的运动状态。

  不过，在遇上问题以后，比如因为部件卡住而导致电机失速，控制器就无法了解机器的实际位置，因此导致失位。伺服电机本身的闭环系统具有一个优势：如果其被一个物体卡住，会立刻检测到。机器会停止操作，始终不会失位。

  步进电机和伺服电机的性能差异源自他们不同的电机设计的具体方案。步进电机的极数比伺服电机多得多，因此步进电机旋转一整圈，所需的绕组电流交换次数要多得多，因此导致在速度增加的情况下，其转矩迅速下降。

  另外，如果达到了最大转矩，步进电机可能会失去速度同步化功能。出于这些原因，在大部分高速应用中，伺服电机都是首选方案。与此相反，步进电机较多的极数在低速状态下具有优势，因为此时步进电机与同等尺寸的伺服电机相比具有转矩优势。

  开环步进电机采用固定电流，并会散发大量热量。闭环控制只提供速度环路所需的电流，因此避免了电机发热问题。

  伺服控制管理系统最适合涉及到动态负载变化的高速应用，比如机械臂。步进控制管理系统则更适合需要低到中加速度和高保持转矩的应用，比如3D打印机、传送带、副轴等。因为步进电机成本更低，所以在使用之后，能够更好的降低自动化系统的成本。运动控制管理系统若需要利用伺服电机的特性，就必须证明这些成本比较高的电机物有所值。

  在闭环技术进步的推动下，步进电机能够渗透到以前完全属于伺服电机的高性能、高速度应用领域

  通过结合闭环控制技术，步进电机将会成为一个同时具备伺服和步进电机优点的低成本的综合性产品。因为闭环步进电机能够明显提高性能和能效，所以能在慢慢的变多的高标准应用中取代更昂贵的伺服电机。

  下面我们以嵌入了闭环控制功能stepIM综合步进电机为例，解析采用闭环技术的步进电机的性能与优劣。

  经过集成电子控制后的步进电机相当于一个双相无刷直流电机，可以执行位置环路控制、速度环路控制、DQ控制、以及其他算法。采用一个单圈绝对式编码器实现闭环换向，从而确保可以在任何速度下达到最佳转矩。

  StepIM步进电机具有高能效。与始终按照全电流指令操作的开环步进电机会导致发热和噪音问题不同，stepIM的电流会根据运动的真实的情况改变，比如在加速和减速过程中。

  与伺服类似，在任何时刻，这些步进电机所消耗的电流都与所需的实际转矩成正比。因为电机和集成电子控制板运行温度更低，所以stepIM步进电机能轻松实现与伺服电机相仿的更高峰值转矩。

  为了确保有足够的转矩来克服干扰和避免失步，开环步进电机通常要保证转矩至少比应用所需的数值高40%。闭环stepIM步进电机则不存在这样的一个问题。在这些步进电机因为过载而达到失速状态时，它们会继续保持负载状态，不会失去转矩。在消除过载状态后，它们会继续运行。

  在任何指定速度下，都能够保证最大转矩，同时通过位置传感器来确保不会失步。因此，闭环步进电机的规格可以精确匹配相关应用的转矩要求，不需要额外增加40%的裕度。

  对于开环步进电机，因为有失步的风险，所以难以满足较高的瞬态转矩需求。stepIM闭环步进电机能轻松实现很快的加速，运行噪音更低，并且共振比传统步进电机更小。它们能在更高的带宽下操作，并实现出色的性能。

  stepIM将驱动控制板与电机集成在一起，减少了连线数量，简化了实施方案。 使用stepIM，可以建造无柜机器。

  闭环步进电机改变了很多运动控制应用中的性能-成本比。因为拥有出色的精度和能效，所以stepIM步进电机能用来过去以更昂贵伺服电机为主的领域。stepIM闭环进步电机的成功也为让我们正真看到了一种可能——低成本的步进电机替代高成本伺服电机。

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  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作比较，调整转子转动的角度。

  本身具备发出脉冲的功能，它每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样

  作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制管理系统中，

  都满足定位应用的基础要求时，对这两种技术有更深入的了解以做出明智的决定就很重要了。

  可以根据反馈信号实时调整输出的电流和位置，能更精准地控制位置和速度。而

  只能按照预设的步数和速度运转，难以在高速和负载变化的情况下保持稳定的精度。然而，在低速、低负载、短行程等应用场景下，

  具有简单的控制方式、低成本和较高的精度，但通常不能提供高速运动和高负载扭矩。

  具有精度高、控制简单、适合低速运动等特点，适用于需要高精度定位控制的场合，如印刷机、绘图仪、数码相机等。

  具有更高的响应速度和更好的动态性能，可以在更短的时间内响应和调整输出参数。

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