本文主要针对项目经理等设备制造商的相关人员.机械设计.电气.软件运动控制工程师，描述步进电机.伺服电机(本文指永磁同步交流伺服电机)的功效、选择方法及周边配套设施的选择及主要应用经验。

　　1.步进和伺服电机各自的特点.优缺点介绍

　　1.1介绍两种电机在点控制或调速中的应用

　　步进.伺服电机主要用于精确定位场所，也可用于速度调节应用。由于步进电机效率低，一般不作为动力使用;由于存在一定的旋转脉冲，不建议使用扭矩控制。伺服系统可以进行扭矩控制，也可以考虑作为动力替代变频驱动。

　　当步进电机进行速度控制应用时，控制指令通常使用脉冲指令，并通过改变脉冲频率来调整速度。与变频器调速相比，具有低速扭矩大、启停控制方便、加减速时间短的优点(在适当的电压和负荷环境下，100毫秒即可达到目标速度)。此外，速度调整范围较宽。在负载惯性比匹配合理的情况下，一般不需要额外的减速机构。缺点是运行噪声相对较大。

　　与变频调速相比，伺服电机还具有加减速时间短的优点。一般可以做几十个ms达到预期速度，调速范围更宽。正在进行调速。.在应用转矩控制时，建议使用模拟量电压信号来控制信号。

　　1.2步进和伺服的性能特点及比较：

　　2.电机选型和应用经验

　　2.1电机驱动选型方法

　　电机选型时，设备制造商可参考以下方法：

　　1)使用环境、所需防护等级、运行噪声指标、温升指标等;

　　2)确定机械规格，负载，负载.刚度等参数;

　　3)确定动作参数：速度：.行程.加减速时间.周期.精度等;

　　4)计算负载惯量.选择电机惯量;

　　5)计算电机所需的转距;

　　6)选择最高转速能满足应用要求的电机。

　　设备制造商相关岗位人员可按以下分工获取这些信息：

　　项目经理

　　详细了解设备生产过程、应用环境、适用环境温度、精度、生产能力、机械结构、成本等参数，从而确定所需电机的噪声指标.防护等级.应用温度和湿度。根据工艺.产能.对于一般结构，基本上可以获得每台电机的行程和每一步分配的时间，从而确定电机所需的速度范围，对应上述介绍的精度和建议的速度范围值，从而确定伺服或步进的方向。

　　机械设计师

　　在机械传动.在结构等设计之前，应全面了解伺服或步进电机的型号和规格，并根据电机行业的相关标准、规格和尺寸进行设计，否则应进行传动.结构后选择电机时，经常会遇到:安装空间不够，没有所需的轴径.轴长的标准电机;不需要大扭矩.电当惯量的电机等问题，影响进度，提高成本。工程师的加油站!

　　备注

　　常用的控制电机(包括伺服电机).最大转距为50步)NM(Nm)。最大的步进电机型号为130HS45，惯量为：4.84*10-3(kg·m2)。步进电机轴径.法兰片.端盖固定孔距大小，大多是按照英制的习惯。伺服电机的尺寸一般是按照公制的习惯。

　　在计算需求扭矩之前，机械设计人员应先计算运动部件的惯性扭矩。

　　2.2应用经验

　　1)合理安装和连接电机与负荷之间;

　　2)需要注意驱动.电机排热;

　　3)选配驱动器，电源，合理设定电流，细分;

　　4)电气连接正确，电气装配工艺合理;

　　5)运动曲线设计合理。

　　驱动器控制信号接线图注释：

　　1)脉冲，方向信号端接线原理图;首先，需要满足驱动器的信号电压振幅条件。考虑到上系统的信号导出类型，基本可以分为:差分类型.NPN型(漏.拉电流型).PNP型(源.推电流型)

　　2)比较常见的NPN以输出信号为例，表明电路的概念：电流从信号电源的正流到PUL后从内部电路PUL-端流出，然后通过上控制器的脉冲输出端流到负端(NPN.PNP型脉冲输出的正端和负端可以理解为单向导通开关)，然后从脉冲输出的负端流回信号电源的负端，如图1所示。机械工程文本提取，工程师加油站!

　　差分导出比较特殊;一般来说，随意取出一端不仅可以产生推电流，还可以产生拉电流，所以我们不能把几个差分信号“同名端”并联产生共阳或共阴连接。无论上部输出类型和驱动器信号接口是什么类型，只要能形成完整.可开关电路就行。

　　3)请注意信号电压不是5)V,当需要连接电阻来限制电流时，方向和脉冲电路中应有自己的限流电阻，而不是共享电阻。

　　4)确保驱动器.对于电机的正常运行，建议控制指令的电源与其他含有感性负载的电源完全隔离。如果无法隔离，请务必设置感性负载的续流二极管。

　　运动曲线.合理规划设置参数：

　　软件工程师应该做的是:规划每个轴的运动控制曲线，了解每个动作的时间.行程，初始速度的合理配置.加速时间.最高速度.改变时间。期望达到最高效率.效果最好。以梯形加减速为例，说明如何规划和设计运动曲线，见图2及其表示。

　　表明：

　　V1：起跳速率

　　V2：最高速度

　　t1：加速时间

　　t3-t2:减速时间，一般设计成加速时间t1一致。

　　如果您的上位控制器不是通用控制卡.PLC请注意以下几点：

　　1)控制信号的高低电平时间是否满足驱动器手册中的要求。驱动器的信号输入频率有上限。步进通常是200KHZ，伺服一般为500KHZ，所谓的200K,500K有一个前提：当占空比为50%时。事实上，200K也就是说，高、低电频时间限制不小于2.5微秒;500K高、低电频时间限制不小于1微秒。

　　2)控制信号的幅度：高电平需要高于3.5V;低电频需要低于0.5V。MCU一般情况下，驱动器不能直接推动输出口，需要设置放大电路来放大电流驱动能力，使脉冲方向输出信号能达到典型应用电流10ma。

　　3)控制信号的顺序需要满足说明书中的要求。一般情况下，驱动器需要至少提前1-2微秒的方向信号。

　　对于机座60以内的步进电机，建议起跳速度设置在1.5转/秒以下，推荐30-150加减速时间，最大应用速度为20转/秒ms，电机端盖尺寸86MM或以上，建议初始速度小于1转/秒，推荐最大应用速度为10转/秒的加减速时间为80-200ms。