步进电机和伺服电机的区别

步进电机和伺服电机的区别

步进电机和伺服电机都是运动控制用途的伺服单元，都可以精确控制运动机构的位置和速度。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，在省人工的大时代背景下，都得到大量的使用。虽然两者在位置控制方式上十分相似(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。现就二者的使用性能作一比较。

一、控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为1.8°，三相混合式步进电机步距角为1.2°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。步进电机在使用细分驱动技术以后，控制精度得到提高，两相步进电机可以分辨的步数约为51200步/转，也有控制精度更高的，但成本会比较贵。

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线编码器的伺服电机而言，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°。

值得注意的是，相当一部分人认为交流伺服精度极高，这个认识是有误区的，就算你100倍电子齿轮，甚至用30000线的编码器，其实没有什么作用，伺服电机也无法分辨那么小的步数。编码器的反馈结果无非让伺服驱动器反复对齿。

相对于绝大多数用户而言，无论是机械传动精度，还是光电传感器来定位精度，都没有步进电机伺服电机的物理精度高，单方面追求电机的最高精度是没有必要的。

二、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0～900RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速(一般为1000~3000RPM)以内，都能输出额定转矩。

伺服电机输出力矩的矩频特性平稳，优势体现在需要速度较高的环境，在低速时，这个优势并没有意义，以57步进和60系列400W伺服电机来比较，矩频特性如下：

如上图所示红色为伺服电机矩频特性，蓝色部分为混合式步进电机矩频特性。

三、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2到3倍的速度过载和转矩过载能力，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，在选型时必须根据负载的扭矩和运动特性来考虑，并优化步进电机的加减速曲线。

四、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、降速时的加减速控制程序问题。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。伺服电机是闭环系统，伺服驱动器可以自动修正丢失的脉冲，在堵转时也可以及时给控制器反馈，而步进电机是开环系统，必须通过足够的力矩余量来避免堵转。

五、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100～2000毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM最短仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在一些性能方面都优于步进电机，但是步进电机有其自身的特性，不会被完全取代。

1、交流伺服精度略高于步进电机，但是大多数场合，步进电机的分辨率已经远高于机械要求的精度;

2、虽然矩频特性不同，但是并不是所有设备应用都是需要高速度的，步进电机的低速大力矩，通常电机转速要求900rpm以内适合使用步进电机，更高速度适合使用交流伺服电机;

3、交流伺服有很强的过载能力，但是部分步进电机驱动器也具有一定的过载能力，而且在过载能力和保留足够力矩余量之间可以做一个性价比的选择;

4、速度响应频率不同，这是选择步进电机和交流伺服电机的又一个重要因素。高响应频率是交流伺服电机的优势。

5、前面提到了交流伺服电机的精度，大部分用户并不知道交流伺服电机在高分辨率低速度时会反复对位置，以至于出现微抖动，在一些极高精度的设备上，比如精密玉石雕刻机，高精度低速机器人上，这样的抖动会造成圆弧上的锯齿，或者模糊。而特殊处理过的步进电机确可以解决这一问题，因为步进电机不会反复对齿。

6、在一些分度控制的应用中，步进电机转到角度停止，锁定力矩较大，交流伺服则是在受外力位置丢失以后再找回位置，这个过程可能造成加工误差。

7、步进电机的成本便宜很多，简单易用，所以步进电机能够对应的负载，应该优先考虑选用步进电机方案。事实上，步进电机近十年来的应用领域迅速扩大，在步进电机基础上发展的步进伺服电机在一些方面的表现会优于伺服电机，例如需要快速来回摆动的情况下，而步进伺服电机的成本还是比普通交流伺服电机便宜不少，会取代一些小功率的交流伺服电机。