伺服控制与步进控制的性能对比

发布时间:2024-04-07  

很多老师傅都分不清”伺服控制“和”步进控制“的区别,觉得两者差别不大。今天,咱们就一起来看看这两者的区别!


伺服控制     

02 组成和分类

伺服系统是以位置和角度为控制量的控制系统的总称,与位置和角度相关联的速度、角速度、加速度、力等为控制量的系统也包含在伺服系统内。其分类为:

1. 按控制结构分类分为:开环式、闭环式。

2. 按驱动部件分类分为:

a. 步进电动机伺服系统。

b. 直流电动机伺服系统。

c. 交流电动机伺服系统。


03 工作原理

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。6伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。

03 系统结构

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03 选型步骤

1、确定机械规格,负载、刚性等参数。

2、确认动作参数,移动速度、行程、加减速时间、周期、精度等。

3、选择马达惯量,负载惯量、马达轴心转换惯量、转子惯量。

4、选择马达回转速度。

5、选择马达额定扭矩。负载扭矩、加减速扭矩、瞬间最大扭矩、实效扭矩。

6、选择马达机械位置解析度。

7、根据以上选择马达型号。

04 应用

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步进控制     03 分类

步进电机一般分为:反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。

04 工作原理

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差(精度为100%)的特点,广泛应用于各种开环控制。

05 选型

1、步距角的选择:电机的步距角取决于负载精度的要求 。

2、静力矩的选择:静力矩选择的依据是电机工作的负载 ,一般情况下,静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好 。

3、电流的选择:由于电流参数不同,其运行特性差别很大,可依据矩频特性曲线图,判断电机的电流。

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两种电机之性能比较

1、控制精度不同。五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°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 ,对于带标准2500线编码器的电机而言,其脉冲当量为360°/10000=0.036°,伺服电机精度要比步进马达高。

2、低频特性不同。步进电机在低速时易出现低频振动现象。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。

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3、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 。

4、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,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。

5、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;

6、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,交流伺服电机为恒力矩输出。

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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,并不存在谁比谁更好的说法。在控制系统的设计过程中,我们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。你们学会了吗?


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