步進電機作為一種開環(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。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),交流伺服電機也越來越多地應(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,運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖和方向信號),但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?,F(xiàn)就步進電機和伺服電機的使用性能作一一比較。
兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°,五相混合式步進電機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如深圳匯升(UImotion)生產(chǎn)的二相混合式步進電機搭配其系列步進驅(qū)動器,其步距角可通過撥碼有16檔細分可以選擇1.8°、0.9°、0.45°、0.36°、0.225°、0.18°、0.1125°、0.09°、0.072°、0.05625°、0.045°、0.036°、0.028125°、0.018°、0.0144°、0.014°,兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。
交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以CAN通訊步進伺服一體機為例,對于帶2500線增量式編碼器的電機而言,由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言,驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈,即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°,是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當(dāng)量的1/655。
??步進系統(tǒng)的一點不足就在于存在著固有的共振點,CAN系列步進驅(qū)動器自動計算共振點,并以此來調(diào)整控制算法,從而達到抑制共振的目的,極大的提高了中頻穩(wěn)定性,使得高速時有更大的力矩輸出,更優(yōu)異的高速性能。
??交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可彌補機械的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能(FFT),可檢測出機械的共振點,便于系統(tǒng)調(diào)整。
??CAN系列系統(tǒng)的振動抑制功能包含共振抑制及阻尼減振兩個部分。
??? 共振抑制功能
?? 提供兩組陷波濾波器(Notch Filters),有效地克服由于設(shè)備機械結(jié)構(gòu)固有特性造成的共振問題。
??? 阻尼減振功能
?? 可通過調(diào)節(jié)控制器提供的阻尼系數(shù)改善整個運動系統(tǒng)的阻尼特性,從而有效減小系統(tǒng)的振動。
??步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降,所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300~600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出,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。??? 相同尺寸下的伺服電機與步進電機的速度力矩特性比較
??步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以CAN交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍,可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力,在選型時為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機,而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩,便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。
??步進電機的控制為開環(huán)控制,啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)失步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象,所以為保證其控制精度,應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣,內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),一般不會出現(xiàn)步進電機的失步或過沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠。
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