摘要：通过介绍步进电机和伺服电机的工作原理，着重描述了步进电机和伺服电机二者的区别，对二者在选型时进行了比较，在控制系统的设计过程中要综合考虑，选用适当的控制电机。
关键词：步进电机伺服电机工作原理
随着我国经济的迅速发展，中国逐渐成为世界上的加工中心。随着一步一步的电动机和一个伺服电动机的出现，控制电路的精度大大提高。步进电机它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积累误差，所以广泛应用于各种开环控制。伺服电机是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，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。
1 步进电机和伺服电机的工作原理
1.1 步进电机的工作原理步进电动机是用于将电脉冲转换成角度位移的执行机构，当步进电动机接收到脉冲信号时，步进电动机以固定角度（称为“步距角”）朝预定方向驱动步进电动机，并且其旋转为通过控制脉冲数，可以控制角位移，从而提供精确的定位，而通过控制脉冲频率，可以控制发动机的转速和转速，从而获得速度控制系统。
1.2 伺服电机的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。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
2 步进电机和伺服电机的区别
2.1 控制的方式不同步进电机是通过控制脉冲的个数控制转动角度的，一个脉冲对应一个步距角。伺服电机是通过控制脉冲时间的长短控制转动角度的。
2.2 所需的工作设备和工作流程不同步进电机所需的供电电源（所需电压由驱动器参数给出），一个脉冲发生器（现在多半是用板块），一个步进电机，一个驱动器（驱动器设定步距角角度，如设定步距角为0.45°，这时，给一个脉冲，电机走0.45°）；其工作流程为步进电机工作一般需要两个脉冲：信号脉冲和方向脉冲。伺服电机所需的供电电源是一个开关（继电器开关或继电器板卡），一个伺服电机；其工作流程就是一个电源连接开关，再连接伺服电机。
2.3 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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。
2.4 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300～600r/min。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000或3000 r/min）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
2.5 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3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。
2.6 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200～400ms。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000 r/min。仅需几ms，可用于要求快速启停的控制场合。
3 步进电机和伺服电机在造型时的比较
3.1 步进电机在造型时的要点
3.1.1 选择保持转矩
3.1.2 选择相数
3.1.3选择驱动器和细分数
3.2 伺服电机在造型时的要点
3.2.1 负载/电机惯量比
3.2.2 选择转速
3.2.3 选择转矩
3.2.4 短时间特性（加减速转矩）
4 步进电机和伺服电机的应用
步进电动机及其驱动器构成伺服驱动单元，它与微型计算机可构成开环点位控制、连续轨迹控制甚至半闭环控制等。经济型数控机床以微型计算机为控制核心，ISO数控标准代码编程，用软件实现数控装置全部功能，采用大功率步进电动机直接驱动机床工作台，组成了全数字化开环数控装置。伺服电机广泛应用于对精度有较高要求的机械设备，如印刷设备、机床和CNC数控设备、装配线和材料夹持自动生产、印刷设备、打浆成纸及网面处理和自动机载系统包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备。
5 结束语
通过对步进电机以及伺服电机进行综合比较发现，交流伺服电机具有多方面的性能优势，但是在一些特定场合当中更宜采用步进电机。总之，在进行控制系统优化的过程中应当充分考虑实际情况，选择合适的控制电机。
论文作者:李浩东1,刘文宇2,周士钰3,姚新科4,马健康5 于
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/5
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