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步進(jìn)電機(jī)作為一種開(kāi)環(huán)控制的系統(tǒng),和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),交流伺服電機(jī)也越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì),運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號(hào)),但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。
一、控制精度不同
兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 1.8°、0.9°,五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)細(xì)分后步距角更小。如山洋公司(SANYO DENKI)生產(chǎn)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。
交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以山洋全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例,對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機(jī)而言,由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),其脈沖當(dāng)量為360°/8000=0.045°。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言,驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈,即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°,是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。
二、低頻特性不同
步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān),一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí),一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象,比如在電機(jī)上加阻尼器,或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。
交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可涵蓋機(jī)械的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能(FFT),可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn),便于系統(tǒng)調(diào)整。
三、矩頻特性不同
步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降,所以其更高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出,即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000RPM或3000RPM)以內(nèi),都能輸出額定轉(zhuǎn)矩,在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
四、過(guò)載能力不同
步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力。其更大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍,可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆](méi)有這種過(guò)載能力,在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī),而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩,便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。
五、運(yùn)行性能不同
步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制,啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象,所以為保證其控制精度,應(yīng)處理好升、降速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣,內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠。
六、速度響應(yīng)性能不同
步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,以山洋400W交流伺服電機(jī)為例,從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。
