伺服控制、步进控制、变频控制的工作原理及特点是什么？

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。6伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

组成：

伺服系统是以位置和角度为控制量的控制系统的总称，与位置和角度相关联的速度、角速度、加速度、力等为控制量的系统也包含在伺服系统内。

分类：

1. 按控制结构分类分为：开环式、闭环式。

2. 按驱动部件分类分为：

 a. 步进电动机伺服系统。

 b. 直流电动机伺服系统。

 c. 交流电动机伺服系统。

1. 定位精度高，普通伺服马达可达到0.036度

2. 回应时间快。

3. 控制方便灵活，控制系统易于实现。

4. 型号较多，可根据不同的应用环境选择不同的类型。

5. 提供全闭环控制，可适时监控运行状况，进行适当的调整变换。

1.确定机械规格，负载、刚性等参数。

2. 确认动作参数，移动速度、行程、加减速时间、周期、精度等。

3. 选择马达惯量，负载惯量、马达轴心转换惯量、转子惯量。

4. 选择马达回转速度。

5. 选择马达额定扭矩。负载扭矩、加减速扭矩、瞬间大扭矩、实效扭矩。

6. 选择马达机械位置解析度。

7. 根据以上选择马达型号。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

●永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；

●反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

●混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用为广泛。

1. 步进电机的静态指标术语

a. 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。

b.拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一 个齿距角所需脉冲数 。

c. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。

d. 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以 及机械误差造成的）。

e. 静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。

1. 步距角的选择：电机的步距角取决于负载精度的要求 。

2. 静力矩的选择：静力矩选择的依据是电机工作的负载 ，一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好 。

3. 电流的选择：由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流。

1. 一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

2. 步进电机外表允许的高温度一般在摄氏130度以上 。

3. 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。

4. 步进电机低速时可以正常运转,但若高于 一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。

5. 步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转。

1. 控制精度不同五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°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 ，对于带标准2500线编码器的电机而言，其脉冲当量为360°/10000=0.036°，伺服电机精度要比步进马达高。

2. 低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。

3. 过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力 。

4. 运行性能不同步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，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。

5. 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；

6. 矩频特性不同步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，交流伺服电机为恒力矩输出。

，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。

感应电机的构造示意图

电机的构造示意图

电机的特性

变频器是能够简单、自由地改变交流电机转速的一种控制装置。改变交流电机转速的方法如下。变频器是通过改变交流电机电源频率实现调速的：

变频器的构成如下：

1. 变流器(整流器)大量使用的是二极管桥整流器，如图1 所示，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。

2. 平波回路在整流器整流后的直流电压中，含有电源6 倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感，采用简单的平波回路。

3. 逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6 个开关器件导通、关断就可以得到3 相交流输出。

4. 制动回路异步电动机在再生制动区域使用时(转差率为负)，再生能量存于平波回路电容器中，使直流电压升高。一般说来，由机械系统(含电动机)惯量积累的能量比电容能储存的能量大，需要快速制动时，可用可逆变流器向电源反馈或设置制动回路(开关和电阻)把再生功率消耗掉，以免直流电路电压上升。

变频器和交流电机构成的可调速传动称为变频器传动，其功能用途如下。其中可能互为关联，实际上无明确分类，此表仅作参考。