伺服电机种类

永磁同步伺服电机

永磁同步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）。

特点如下：

控制速度非常快，从启动到额定转速只需几毫秒；而相同情况下异步电机却需要几秒钟。启动扭矩大，可以带动大惯量的物体进行运动。

功率密度大，相同功率范围下相比异步电机可以把体积做得更小、重量做得更轻。

运行效率高。可支持低速长

时间运行。断电无自转现象，可快速控制停止动作。

启动扭矩为额定扭矩三倍。

异步伺服电机

异步伺服电机实际上和异步电机是几乎完全相似的，不过其引入了编码器实现了对电机

的闭环控制，因此也可以视为伺服电机的一种。尤其是当前变频调速技术的飞速发展，异步伺服电机的实际控制性能也很不错，配合其支持大功率、高转速的特点。

特点如下：

功率可以做得很大，设计成熟，运行可靠性高。

支持高速（过rpm）长时间运行，同比下永磁同步电机最高只能做到~rpm转速。

性价比高，在对控制精度要求不高的情况下可以替代永磁电机使用。

启动扭矩为额定扭矩三倍。

直流无刷伺服电机无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频，从电机理论上讲，无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似，应该归类为交流永磁同步伺服电机。可通过变压变频来实现调速，最高转速高达几万转/min。

特点如下：

与永磁同步伺服电机类似

直流有刷伺服电机

体积小、动作快反应快、过载能力大、调速范围宽，转速不会太高，能达到r/min

调速方式为以下三种：

电枢串联电阻

调整电枢电压（最常用）

调节磁通量

步进电机性能概述

1）频矩特性

随着脉冲频率增大，电机的定子会产生反电动势从而减弱工作电流，使电机输出扭矩减小。

2）低频震动

一般情况下低频震动的频率区间在pps-pps之间。

解决方案：

1.加减速器避开共振频率。

2.细分驱动。

3.换成步距角小的电机。

4.改用伺服电机。

3）启动频率不宜过高，需要加速

空载启动频率：即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。

解决方案：

步进电机的起步速度一般在10~RPM，伺服电机的起步速度一般在~RPM。根据电机大小和负载情况而定，大电机一般对应较低的起步速度。

3）加减速时间与停止时间要求

加减速时间的长短是选用时的重点，但是除此之外还必须考虑加速转矩及加减速常数的平衡，所以不能轻易决定。因此，开始计算时，设定定位时间的25%左右为标准来进行计算。

加减速时间[s]＝定位时间[s]×0.25

注：加速时间不得小于0.1s，最好是在0.2-0.3s之间（步进电机容许加速时间为0.1-1s之间，伺服电机容许加速时间为0.05s-0.5s之间）

伺服电机的控制模式

1）扭矩控制模式

扭矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小

应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

依据输入电压的大小、达到控制马达输出扭力的目的。

2）速度控制模式

通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。

依据输入电压的大小、达到控制马达输出转速的目的。

3）位置控制模式

位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。

依据输入的脉波数目、达到控制马达定位的目的。

步进VS伺服电机

1）控制精度不同

两相步进电机步距角为1.8°；德国百格拉公司生产的三相混合式进电机及驱动器，可以细分控制来实现步距角为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.°、0.°，兼容了两相和五相步进电机的步距角。交流伺服电动机的控制精度由电动机后端的编码器保证。如对带标准0线编码器的电动而言，驱动器内部采用4倍频率技术，则其脉冲当量为°/=0.°；对于带17位编码器的电动机而言，驱动器每接收=131个脉冲电动机转一圈，即其脉冲当量为°/131=0.°，是步距角为1.8°的步进电机脉冲当量的1/。

2）低频特性不同

两相混合式步进电动机在低速运转时易出现低频振动现象。交流伺

服电动机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现低频振动现象。

3）矩频特性不同

步进电动机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高速时会急剧下

降。交流伺服电动机为恒力矩输出，即在额定转速（如0RPM）

以内，都能输出额定转矩。

4）过载能力不同

步进电动机一般不具有过载能力，而交流伺服电动机有较强的过载

能力，一般最大转矩可为额定转矩的3倍，可用于克服惯性负载在

启动瞬间的惯性力矩。步进电动机因为没有这种过载能力，在选型

时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电动机，便出

现了力矩浪费的现象。

5）运行性能不同

步进电动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；停止时如转速过高，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，内部构成位置环和速度环，一般不会出现丢步或

过冲现象，控制性能更为可靠。

6）速度响应性能不同

步进电动机从静止加速到工作速度（一般为几百RPM）需要~ms。

交流伺服驱动系统的加速性能较好，从静止加速到工作速度（如

0RPM），一般仅需几毫秒，可用于快速启动的控制场合。

7）效率指标不同

步进电动机的效率比较低，一般60%以下。交流伺服电机的效率比较高，一般80%以上。因此步进电动机的温升也比交流伺服电机的高。

步进电机的驱动方式

伺服电机的开、闭环控制

◎开环回路控制（OPENLOOP）

由控制器输出指令讯号，用来驱动马达依指令值位移并且停止在所指定的位置。

◎半闭环回路控制（SEMI-CLOSELOOP）

将位置或速度检出器，装置于马达轴上以取得位置回授信号及速度回授信号。

◎全闭环回路控制（FULL-CLOSELOOP）

利用光学尺等位置检出器，直接将物体的位移量随时的回授到控制系统。

编码器的种类及分辨率

编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。

编码器可以把角位移或直线位移转换成电信号。

按照工作原理编码器可分为

增量式编码器

将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。

绝对式编码器

每一个位置对应一个确定的数字码，其示值只与测量的起始和终止位置有关，与测量的中间过程无关。

步进电机控制精度与定位精度探讨

1）步进电机的控制精度与定位精度区别

控制精度（步距角）

二相步进电机1.8°

三相步进电机1.2°

五相步进电机0.72°

注：

1.细分驱动虽可以提高控制精度，但细分等级超过4就不可以用细分的控制精度来作为控制精度的参考。

2.在考虑控制精度时，应将最小步距角乘以2，再看是否满足控制精度。

步进电机的定位精度

步进电机的定位精度是指实际定位角度与理论定位角度的差值，此精度完全取决于电机本身，与步距角或细分等级没直接关系。定位精度=3%-5%的步距角。

注：

1.步距角精度误差不累计。

2.单步距角误差不会随细分变小。

3.细分可以提高控制精度，但是细分同样存在误差，并且细分误差会与单步步进的误差累计。

机械误差

机械误差与控制精度无关，但是一定程度与单步距定位精度有关。

1）提高定位精度的方法

加减速器

改用伺服电机

加光栅尺或者编码器