步进电机和伺服电机如何选择（性能优势比较-选择原则）

摘要：本文首先介绍了步进电机和伺服电机的性能比较，然后介绍了伺服电机相对于步进电机的优势，后阐述了电机的选择原则以及如何正确选择伺服电机和步进电机，具体跟随边肖了解。

　　什么是伺服和步进电机？

伺服电机，也称为执行机构电机，在自动控制系统中用作执行机构，将接收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度。它分为两类：DC伺服电机和交流伺服电机。它的主要特点是信号电压为零时，没有旋转现象，转速随着扭矩的增加而匀速下降。伺服主要靠脉冲定位。基本上可以理解为伺服电机接收到脉冲时，会旋转一个与脉冲对应的角度，从而实现位移。由于伺服电机本身具有发送脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度就会发出相应数量的脉冲，与伺服电机接收到的脉冲相呼应，或者称为闭环。这样，系统将知道有多少脉冲被发送到伺服电机，同时又有多少脉冲被接收回来。

步进电机是一种离散运动装置，本质上与现代数字控制技术有关。在目前国内的数控系统中，步进电机被广泛使用。随着全数字交流伺服系统的出现，交流伺服电机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，在运动控制系统中，大多采用步进电机或全数字交流伺服电机作为执行电机。虽然它们在控制方式(脉冲序列和方向信号)上相似，但在性能和应用上却有很大的不同。本文比较了这两种系统的性能。

　　步进电机和伺服电机的性能比较_哪个好

，控制精度不同

两相混合式步进电机的步距角一般为3.6和1.8，五相混合式步进电机的步距角一般为0.72和0.36。还有一些步进角度较小的高性能步进电机。比如Stone公司生产的线切割机床用步进电机，步进角为0.09；伯杰LAHR公司生产的三相混合式步进电机的步距角可以通过dip开关设置为1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072和0.036，与两相和五相混合式步进电机的步距角兼容。

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。以松下全数字交流伺服电机为例，对于标准2500线编码器的电机，由于驱动器中的四倍频技术，脉冲当量为360/10000=0.036。对于带17位编码器的电机，驱动器每接收217=131072个脉冲就旋转一次，即其脉冲当量为360/131072=9.89秒。是步进角为1.8的步进电机脉冲当量的1/655。

第二，低频特性不同

步进电机在低速时容易产生低频振动。振动频率与负载条件和驾驶员的表现有关。一般认为振动频率是电机空载起飞频率的一半。这种由步进电机工作原理决定的低频振动现象，对机器的正常运转非常不利。步进电机低速工作时，应采用阻尼技术来克服低频振动现象，如在电机上增加阻尼器或在驱动器上采用细分技术。

交流伺服电机运行非常平稳，即使低速也不会振动。交流伺服系统具有共振抑制功能，可以弥补机械刚性不足，系统内部具有频率分析功能(FFT)，可以检测机械的共振点，便于系统调整。

第三，矩频特性不同

步进电机的输出转矩随着转速的增加而减小，在转速较高时急剧下降，因此其工作转速一般为300 ~ 600 rpm。交流伺服电机具有恒定的扭矩输出，即在其额定转速(一般为2000转/分或3000转/分)内输出额定扭矩，在额定转速以上输出恒定功率。

第四，超载能力不同

步进电机一般不具备过载能力。交流伺服电机过载能力强。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载的能力。扭矩是额定扭矩的三倍，可以用来克服起动力矩时惯性负载的惯性力矩。由于步进电机不具备这种过载能力，为了克服选择时的这种惯性矩，往往需要选择转矩较大的电机，但机器在正常运行时并不需要这么大的转矩，所以出现了转矩浪费的现象。

第五，经营业绩不同

步进电机控制是开环控制，启动频率过高或负载过大，容易失步或失速，速度过高容易超调，为了保证其控制精度，要处理好。

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。六、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。

　　七、价格不同

　　由于伺服电机及其驱动器的制造成本和技术含量相对较高，因此价格也比步进电机高了 不少，尤其是尽快的伺服电机价格差距更大。今年来国产伺服电机发展很快，有了不少品种 和型号的伺服电机可供选择，性价比也较高。

　　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。

　　伺服电机对比步进电机的优势

　　1、精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题；

　　2、转速：高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转；

　　3、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；

　　4、稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合；

　　5、及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内；

　　6、舒适性：发热和噪音明显降低。

　　电机的选用原则

　　1、从成本考虑传统电机〈步进电机〈伺服电机

　　2、从电机转速要求考虑传统电机转速范围宽但调速不精确且不平滑，并且随转速降低功率也会降低，随之带来的是转矩降低；步进电机对转速要求更加苛刻，转速过低时会出现抖动和爬行现象，速度高时扭矩会大幅度降低，所以步进电机仅适用于中速运行情况。伺服电机在转速方面优势很明显，基本没有明显的弱点。

　　3、从控制精度考虑传统电机因为是模拟量控制所以精度无法保证，步进电机和伺服电机是数字信号控制其精度要远高于传统电机，但是伺服电机自带编码器实现内闭环控制能有效的减少掉步的情况，并且通常情况下伺服电机步距角要远小于步进电机因此精度更高。

　　如何正确选择伺服电机和步进电机

　　主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。