伺服电机与步进电机的区别差异，步进电机控制能否用伺服电机控制代替

　　步进电机是一种将数字脉冲信号转化为角位移的执行机构。也就是说，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角、步距角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

　　伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可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。分为直流和交流伺服电动机两大类，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。

　　伺服电机主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。

　　步进电机是一种离散运动的装置，它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系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就伺服电机与步进电机二者的使用性能及区别作一比较。

　　1、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。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

　　交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于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，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

　　2、低频特性不同

　　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，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。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，一般应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。

　　交流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、矩频特性不同

　　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300～600RPM。交流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

　　步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电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机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

　　5、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、速度响应性能不同

　　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200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，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。

　　综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

　　在具体应用场合，当终端负载稳定、动作简单、基本为低速运转时，选用成本低且容易控制的步进电机最为合适；但当终端负载波动范围较大、动作简单、基本为低速运转时，如果选择了步进电机，则会面临一系列烦恼，因为采用方波驱动的步进电机难以消除振动和噪音，并会因为力矩波动而产生失步或过冲。实际上，当终端负载波动范围较大时，即便基本为低速运转状态，也应该选用伺服电机，因为考虑了功效提高因素、节能因素、控制精度提高因素、系统稳定性增加等因素之后，会发现选用价格较高的伺服电机反而提高了综合成本。

　　用伺服电机替代步进电机时应注意哪些问题呢？

　　1、为了保证控制系统改变不大，应选用数字式伺服系统，可仍采用原来的脉冲控制方式；

　　2、由于伺服电机的过载能力强，可以参照原步进电机额定输出扭矩的1/3来确定伺服电机的额定扭矩；

　　3、因为伺服电机的额定转速比步进电机要高得多，最好增加减速装置，让伺服电机工作在接近额定转速下， 这样也可以选择功率更小的电机，以降低成本。

　　当前伺服电机趋向步进化的具体表现：

　　1、小体积高功效：采用最新永磁材料及优化电机设计，使体积较小的电机也能产生很大的扭矩。同一型号电机与不同的驱动器匹配时，最大输出扭矩不同；相同体积电机采用不同绕组形式、不同磁极数时，输出功率也不相同；

　　2、抗冲击扭矩：最大扭矩能达到额定扭矩的若干倍；

　　3、采用高性能的磁性材料，高磁能积；

　　4、电机和驱动器上均可带有温度监视器。

　　伺服电机控制是否可以替代步进电机控制

　　1.步进电机、伺服电机都是控制电机，主要用于精密定位控制用途。特别是伺服电机，数控系统常用电机。一般使用控制器+驱动器+伺服（步进）电机+联轴器+丝杠副+导轨不需要减速器的，因为伺服和步进速度根据脉冲频率可以大范围调节速度。

　　2.伺服电机是闭环控制，步进一般开环控制。伺服精密，比步进贵。

　　3.伺服，步进都是用于定位使用情况下，比如，从原点以一定的速度运动到10mm再到25mm停止返回。

　　4.二者都是特种电机，都能精确控制速度。但是二者控制速度的原理不同：伺服电机是闭环控制（通过编码器反馈等完成），即会实时测定电机的速度；步进电机是开环控制，输入一个脉冲步进电机就会转过一固定的角度，但是不对速度进行测定。