运动控制系统安装与调试（第2版）课件 5.2.4-5.2.5 伺服电动机的主要性能指标及与步进电机比较b2.pptx

五伺服电机运动控制系统的调试

02元器件的选型

5.2.4伺服电动机的主要性能指标与技术指标

自从德国Rexroth公司在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服

电动机和驱动系统，标志着新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80

年代中后期，各公司都已有完整的系列产品，整个伺服装置市场都转向了交流系

统。

早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，

尚不能完全满足运动控制的要求；近年来随着微处理器、新型数字信号处理器

（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行。到目前为

止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步交流伺服电动机，控制驱动器多采用

快速、准确定位的全数字位置伺服系统。

交流伺服系统的主要控制目标是输出值迅速跟踪指令值的变化。应用场合不同，

对伺服系统的具体要求也会有所差异，但是大体要求是基本一致的，具体来说，

在机电一体化产品中，对交流伺服系统的性能指标主要包括以下几个方面。

5.2.4伺服电动机的主要性能指标与技术指标

（1）定位精度

控制系统最终定位点与指定目标值之前的静态误差即为定位精度，定位精度是

评价位置伺服系统定位准确度的一个关键指标。对自带码盘、性能优异的交流伺

服系统而言，应当满足±1个脉冲的定位精度要求。

（2）重复定位精度

这是伺服电机多次移动到同一位置时的能力，通常以毫米或微米表示。它测量

了伺服电机在不同时刻返回相同位置的一致性。

（3）调速范围

即电动机最高转速与最低转速之比，用D表示。

5.2.4伺服电动机的主要性能指标与技术指标

（4）调速静态特性

对绝大多数负载来说，机械特性越硬，负载变化时速度瞬态变化越小，工作越稳

定，所以希望机械特性越硬越好。

（5）调速动态特性

动态特性，即速度变化的暂态特征，主要包括三个方面：一是升速和降速过程是

否快捷、灵敏且无超调。这就要求电机转子惯量小，转矩惯量比大，单位体积有

较大的电机转矩输出。二是当负载突然增大或者减小时，系统的转速能否有自动

调节功能，迅速恢复。三是系统低速时转速脉动大小。

（6）效率及经济性

调速的经济性、伺服系统的运行效率、系统的故障率等也是高性能交流伺服系统

常用的性能指标。

5.2.5交流伺服电动机与步进电动机的性能比较

交流伺服电动机与步进电动机性能相比，有以下几个方面的不同。

（1）控制精度不同

步进电动机的控制精度与步距角密切相关。两相步进电动机的步距角为1.8°，三相混

合式步进电机及驱动器，可以用细分控制来实现步距角为1.8°、0.9°、0.72°、

0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相步进电机的步距角。

交流伺服电动机的控制精度由电动机后端的编码器保证。如对带标准2500线编码器的电

动机而言，驱动器内部采用4倍频技术，则其脉冲当量为360°/10000=0.036°；对于带

17位编码器的电动机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电动机转一圈，即其脉冲当

量为360°/131072=0，是步距角为1.8°的步进电机脉冲当量的1/655。相

对来说，交流伺服电动机的控制精度更高。

（2）低频特性不同

两相混合式步进电动机在低速运转时易出现低频振动现象；交流伺服电动机运转非常

平稳，即使在低速时也不会出现低频振动现象。

5.2.5交流伺服电动机与步进电动机的性能比较

（3）矩频特性不同

步进电动机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高速会急剧下降；交流伺服电

动机为恒力矩输出，即在额定转速（如3000转/分钟）以内，都能输出额定转矩。

（4）过载能力不同

步进电动机一般不具有过载能力，而交流伺服电动机有较强的过载能力，一般最

大转矩可为额定转矩的3倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。正是因

为没有这种过载能力，步进电动机在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取

较大转矩的电动机，这样一来，便出现了力矩浪费的现象。

（5）运行性能不同

步进电动机一般采用开环控制方式，启动频率过高或负载过大，易出现丢步或堵

转的现象；停止时如转速过高，易出现过冲的现象，所以为保证步进电动机的控制

精度，应处理好启动和停止时的升、降速问题。交流伺服驱动系统采用闭环控制方

式，内部构成位置环和速度环，一般不会出现丢步或过冲现象，控制性能更为可靠。

5.2.5交流伺服电动机与步进电动机的性能比较

（6）速度响应性能不同

步进电动机从静止状态加速到工作速度（一般