隨著全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，AC伺服電機(jī)（servo motor）在數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多。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AC servo motor作為執(zhí)行電機(jī)。
本文主要解決兩個(gè)問題:
1、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)的主要區(qū)別。
2.具體選型過程中的幾個(gè)實(shí)際問題？
摘要
步進(jìn)電機(jī)主要按相數(shù)分類，其中兩相和五相步進(jìn)電機(jī)是目前市場(chǎng)上廣泛使用的。兩相步進(jìn)電機(jī)可以分成400等份，五相步進(jìn)電機(jī)可以分成1000等份。因此，五相步進(jìn)電機(jī)具有更好的特性、更短的加減速時(shí)間和更低的動(dòng)態(tài)慣量。
隨著全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，AC servo motor在數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多。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AC servo motor作為執(zhí)行電機(jī)。雖然它們?cè)诳刂品绞?脈沖序列和方向信號(hào))上很相似，但在性能和應(yīng)用上卻有很大的不同。
現(xiàn)在來對(duì)比一下兩者的表現(xiàn)。
一，控制精度不同
兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為3.6度和1.8度，五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為0.72度和0.36度。還有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)，步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的線切割機(jī)床用步進(jìn)電機(jī)，步距角為0.09度；bergerlahr生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角可以通過dip開關(guān)設(shè)置為1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。
二，低頻特性不同
步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)容易產(chǎn)生低頻振動(dòng)。振動(dòng)頻率與負(fù)載和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起飛頻率的一半。這種低頻振動(dòng)的現(xiàn)象，是由步進(jìn)電機(jī)的工作原理決定的，對(duì)機(jī)器的正常運(yùn)行非常不利。步進(jìn)電機(jī)低速工作時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，如在電機(jī)上加阻尼器或在驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)。
Ac servo motor運(yùn)行非常流暢，即使低速也不會(huì)有震動(dòng)。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可以彌補(bǔ)機(jī)械剛性的不足，系統(tǒng)具有頻率分析(fft)功能，可以檢測(cè)機(jī)器的共振點(diǎn)，方便系統(tǒng)調(diào)整。
三,不同的矩頻特性
步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小，在更高的轉(zhuǎn)速下會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般為300 ~ 600轉(zhuǎn)/分。
Ac servo motor為恒轉(zhuǎn)矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(一般為2000轉(zhuǎn)/分或3000轉(zhuǎn)/分)能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
四,過載能力不同
步進(jìn)電機(jī)通常沒有過載能力。Ac servo motor過載能力強(qiáng)。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。它的最大扭矩是額定扭矩的三倍，可以用來克服起動(dòng)瞬間慣性負(fù)載的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)不具備這種過載能力，所以為了克服這種慣性扭矩，往往需要選擇扭矩較大的電機(jī)，而機(jī)器在正常運(yùn)行時(shí)并不需要這么大的扭矩，扭矩就浪費(fèi)了。
五,不同的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)
步進(jìn)電機(jī)的控制是開環(huán)控制。啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大，容易失步或失速。如果停機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)速過高，容易超調(diào)。因此，為了保證其控制精度，要妥善處理加減速問題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)器可以直接采樣電機(jī)編碼器的反饋信號(hào)。內(nèi)部形成位置環(huán)和速度環(huán)，步進(jìn)電機(jī)不會(huì)失步或超調(diào)，控制性能更可靠。
六,速度對(duì)性能的影響不同。
步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作速度(通常為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200 ~ 400毫秒。交流伺服系統(tǒng)加速性能好。以松下msma400w AC servo motor為例，從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速3000rpm僅需幾毫秒，可用于需要快速啟停的控制場(chǎng)合。
如何選擇類型？
1.如何正確選擇servo motor和步進(jìn)電機(jī)
這取決于具體的應(yīng)用。簡(jiǎn)單地說，就是要確定荷載的性質(zhì)(如水平或垂直荷載等。)，轉(zhuǎn)矩、慣量、速度、精度、加減速的要求，上位控制的要求(如端口接口、通訊的要求)，以及主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度。無論電源是DC或交流電源，或電池電源，電壓范圍。以便確定電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器或控制器的型號(hào)。
2.如何使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器？
根據(jù)電機(jī)的電流，使用大于或等于該電流的驅(qū)動(dòng)器。如果要求低振動(dòng)或高精度，可以使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于高扭矩電機(jī)，盡可能使用高壓驅(qū)動(dòng)器，以獲得良好的高速性能。
三相、兩相、五相步進(jìn)電機(jī)有什么區(qū)別，如何選擇？
3.相電機(jī)成本低，但低速震動(dòng)大，高速時(shí)扭矩下降快。5相電機(jī)振動(dòng)小，高速性能好，比2相電機(jī)高30~50%，在某些場(chǎng)合可以替代servo motor。
4.什么時(shí)候選擇DC伺服系統(tǒng)，它和交流伺服系統(tǒng)有什么區(qū)別？
DC servo motor可分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)。
無刷電機(jī)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、易于控制和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但容易維護(hù)(更換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此，可用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。
無刷電機(jī)體積小、重量輕、產(chǎn)量大、響應(yīng)快、速度高、慣性小、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，易于實(shí)現(xiàn)智能化，電子換向方式靈活，方波換向或正弦波換向。電機(jī)免維護(hù)，效率高，工作溫度低，電磁輻射小，使用壽命長(zhǎng)，可在各種環(huán)境下使用。
Ac servo motor也是無刷電機(jī)，分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。目前運(yùn)動(dòng)控制一般采用同步電機(jī)，功率范圍大，可以達(dá)到很大的功率。慣性大，最大轉(zhuǎn)速低，隨著功率的增加迅速降低。因此適合低速穩(wěn)定運(yùn)行。
5.使用電機(jī)時(shí)的注意事項(xiàng)
通電操作前進(jìn)行如下檢查:
1)電源電壓是否合適(過壓容易損壞驅(qū)動(dòng)模塊)；對(duì)于DC輸入的+/-極性，一定不能接錯(cuò)，驅(qū)動(dòng)控制器上的電機(jī)型號(hào)或電流設(shè)定值是否合適(一開始不要太大)；
2)控制信號(hào)線連接牢固，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要考慮屏蔽(如雙絞線)；
3)不要一開始就把所有需要連接的線路都連接起來，只連接成最基本的系統(tǒng)，運(yùn)行好了再一步步連接。
4)一定要搞清楚接地方式，或者用浮接。
5)運(yùn)轉(zhuǎn)開始后半小時(shí)內(nèi)，密切觀察電機(jī)的狀態(tài)，如動(dòng)作是否正常，聲音、溫升等，發(fā)現(xiàn)問題立即停機(jī)調(diào)整。
