怡富数控：伺服电机与步进电机相比

米粒小小

　　自动化领域的控制型电机可分为伺服电机、步进电机、变频电机等。在需要较为精确的速度或位置控制的部件，会选择伺服电机驱动。变频器+变频电机的控制方式，是通过改变输入电机的电源频率而改变电机转速的控制方法。一般只用于电机的调速控制。

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　　伺服电机与步进电机相比：

　　a) 伺服电机使用闭环控制，步进电机为开环控制;

　　b) 伺服电机使用旋转编码器计量精度，步进电机使用步距角。普通产品级别上前者的精度可达后者的百倍数量级;

　　c) 控制方式相似(脉冲或方向信号)。

　　2.选型计算

　　选型计算前，首先要确定的是机构末端的位置和速度要求，再者确定传动机构。此时即可选择伺服系统和对应的减速器。

　　选型过程中，主要考虑以下参数：

　　2.1.功率和速度

　　根据结构形式和最终负载的速度和加速度要求，计算电机所需功率和速度。值得注意的是，通常情况下需要结合所选电机的速度选取减速机的减速比。

　　在实际选型过程中，比如负载为水平运动，因为各个传动机构的摩擦系数和风载系数的不确定性，公式P=T*N/9549往往无法明确计算(无法精确计算扭矩的大小)。而在实践过程中，也发现使用伺服电机所需功率最大处往往是加减速阶段。所以，通过T=F*R=m*a*R可定量计算所需电机的功率大小和减速机的减速比(m：负载质量;a：负载加速度;R：负载旋转半径)。

　　有以下几点需要注意：

　　a) 电机的功率富余系数;

　　b) 考虑机构的传动效率;

　　c) 减速机的输入和输出扭矩是否达标，并有一定的安全系数;

　　d) 后期是否会有加大速度的可能性。

　　值得一提的是，在传统行业中，例如起重机等行业，使用普通的感应电机驱动，加速度无明确要求，计算过程使用的是经验公式。

　　注：负载垂直运行的情况下，注意把重力加速度计算在内。

　　2.2.惯量匹配

　　要实现对负载的高精度控制，需要考虑电机与系统的惯量是否匹配。

　　对于为什么需要惯量匹配的问题，网上并没有给出一统江湖的说法。个人理解有限，在这里就不解释了。有兴趣的朋友可以自行考证一下并告知一声。惯量匹配的原则为：考虑系统惯量折合到电机轴上，与电机的惯量比不大于10;比值越小，控制稳定性越好，但需要更大的电机，性价比更低。具体的计算方法如有不明白的请自行补学大学'理论力学'。

　　2.3.精度要求

　　计算经过减速机和传动机构的变化后，电机的控制精度是否能够满足负载的要求。减速器或某些传动机构有一定的回程间隙，都需要考虑。

　　2.4.控制匹配

　　这个方面主要是与电气设计人员沟通确认，比如伺服控制器的通讯方式是否与PLC匹配，编码器类型及是否需要引出数据等。

　　3.供电电源

　　伺服电机从供电电源上区分可分为交流伺服电机和直流伺服电机。

二者还是比较好选择的。一般的自动化设备，甲方都会提供标准的380V工业电源或220V电源，此时选择对应电源的伺服电机即可，免去电源类型的转换。但有一些设备，比如立体仓库中的穿梭板、AGV小车等，由于本身的移动性质，大部分使用自带直流电源，所以一般使用直流伺服电机。

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