隨著工業(yè)領(lǐng)域向自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變，伺服電機(jī)和帶電動(dòng)執(zhí)行器的步進(jìn)電機(jī)變得越來越重要。為應(yīng)用選擇電機(jī)時(shí)，重要的是功能，而不一定是結(jié)構(gòu)。以下是與直線運(yùn)動(dòng)相關(guān)的伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的特性（本文將無刷直流電機(jī)視為伺服電機(jī)）

　　扭矩和速度

　　伺服系統(tǒng)在其總可用速度范圍內(nèi)具有恒定扭矩。因此，如果伺服電機(jī)在10 rpm時(shí)的扭矩為1.2 nm，則在3000 rpm時(shí)的扭矩也為1.2 nm。另一方面，步進(jìn)電機(jī)在低速或零速時(shí)具有最大轉(zhuǎn)矩，并且在伺服速度低得多的情況下，其轉(zhuǎn)矩會(huì)迅速下降。如果步進(jìn)電機(jī)在1 rpm時(shí)的扭矩為3.4 nm，則在1200 rpm時(shí)降至0.2 nm并不罕見。

　　工程師應(yīng)審查每個(gè)電機(jī)的扭矩曲線，并為應(yīng)用選擇合適尺寸的電機(jī)。無論扭矩如何，伺服都比步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行得更快。在某些應(yīng)用中，這允許變速箱與伺服一起使用，以增加應(yīng)用的扭矩。齒輪箱將扭矩乘以其比率，電機(jī)速度將以相同比率上升。工程師應(yīng)注意不要超過電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速。

　　例如，當(dāng)與3:1齒輪箱一起使用時(shí)，在500 rpm下扭矩為2.3 nm的電機(jī)將具有6.9 nm的輸出，但電機(jī)的轉(zhuǎn)速將上升到1500 rpm以驅(qū)動(dòng)齒輪箱。步進(jìn)電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)速曲線通常意味著它們不會(huì)使用齒輪箱。

　　反饋

　　步進(jìn)電機(jī)通常是開環(huán)的。位置由提供給電機(jī)旋轉(zhuǎn)的步數(shù)或脈沖數(shù)決定。總步數(shù)等于電機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)或轉(zhuǎn)數(shù)。如果脈沖丟失或電機(jī)無法在脈沖后移動(dòng)，因?yàn)樗鄙傩D(zhuǎn)軸的動(dòng)力，將引入位置錯(cuò)誤，但電機(jī)/驅(qū)動(dòng)器不知道。

　　在某些應(yīng)用中，這可能是一個(gè)問題，可以通過將系統(tǒng)歸零來解決。此外，還可以使用外部傳感器或編碼器（安裝在輸出軸位置電機(jī)上的旋轉(zhuǎn)裝置）。另一方面，伺服系統(tǒng)本質(zhì)上是閉環(huán)的，并使用編碼器。使用編碼器，他們可以連續(xù)監(jiān)控自己的位置、電流和速度，以及電機(jī)的動(dòng)作。如果位置落后，控制器可以增加參數(shù)以趕上。因此，電機(jī)始終處于受控狀態(tài)。如果它沒有趕上，控制器會(huì)知道它并生成錯(cuò)誤警報(bào)來通知問題。

　　負(fù)載保持

　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常需要在零速度下保持位置。服務(wù)器和步進(jìn)器如何做到這一點(diǎn)是不同的，設(shè)計(jì)者通常不考慮這一點(diǎn)。如上所述，步進(jìn)電機(jī)在零速時(shí)具有最大功率。它將以最大扭矩保持此位置，直到另一個(gè)脈沖通知它移動(dòng)。這是一個(gè)沒有反饋的開環(huán)。只要保持扭矩足夠大，它通常比要求的尺寸大50%，這是保持負(fù)載靜止的理想尺寸。

　　如果步進(jìn)電機(jī)尺寸不正確且負(fù)載發(fā)生變化，電機(jī)可能會(huì)失速并失去脈沖。這方面沒有反饋，因此最終會(huì)出現(xiàn)位置精度誤差。然而，步進(jìn)電機(jī)是最經(jīng)濟(jì)的解決方案。在低速應(yīng)用中，它們比伺服電機(jī)提供更大的扭矩。

　　伺服不使用相同的程序。相反，它監(jiān)視編碼器保持在零速度位置。通常，使用編程的加減窗口來定義位置。這意味著，當(dāng)控制器看到差異時(shí)，電機(jī)被告知返回原位窗口外的位置。在關(guān)鍵應(yīng)用中，必須使用超過應(yīng)用要求的電機(jī)分辨率來規(guī)劃該運(yùn)動(dòng)，以便致動(dòng)器桿或支架不會(huì)出現(xiàn)位置擺動(dòng)或抖動(dòng)。伺服系統(tǒng)通常可以在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)其恒定扭矩三倍的扭矩。這為它們提供了補(bǔ)償負(fù)載變化所需的備用功率，而不會(huì)明顯過大。伺服監(jiān)控編碼器位置，當(dāng)發(fā)現(xiàn)差異時(shí)，可增加速度或電流以返回到該位置。

　　準(zhǔn)確度和重復(fù)性

　　對于大多數(shù)工業(yè)直線運(yùn)動(dòng)應(yīng)用，這兩種電機(jī)通常都足夠精確和可重復(fù)，主要是由于齒輪減速。這可以是滾珠絲杠或齒輪箱的節(jié)距，在測量的線性位置提供更多的位置計(jì)數(shù)。請記住，這些致動(dòng)器應(yīng)用通常使用皮帶或螺釘驅(qū)動(dòng)。與5 mm螺距滾珠絲杠配合使用的1024計(jì)數(shù)編碼器的控制分辨率為每計(jì)數(shù)0.005 mm（5 mm/1024=0.005 mm/克拉）。對于一般的工業(yè)應(yīng)用，這通常是非常好的，如果需要，可以很容易地添加。需要為每個(gè)應(yīng)用計(jì)算這些分辨率，但大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用可以完成任何所需的位置分辨率。

　　電機(jī)選擇

　　以下是在步進(jìn)機(jī)和服務(wù)器之間進(jìn)行選擇的一些一般準(zhǔn)則：

　　如果需要低成本，步進(jìn)機(jī)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

　　如果負(fù)載不可預(yù)測，并產(chǎn)生額外的扭矩要求，伺服是一個(gè)很好的選擇。

　　如果在斷電情況下仍需完全可靠，則應(yīng)選擇伺服。

　　對于低速或低扭矩應(yīng)用，應(yīng)使用步進(jìn)電機(jī)。

　　工程師可能需要仔細(xì)研究電機(jī)的具體特性，并了解其所從事應(yīng)用中每種電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。但是，如果由于步進(jìn)機(jī)和服務(wù)器的特點(diǎn)，沒有明確的電機(jī)類型選擇，則帶有伺服控制的步進(jìn)機(jī)可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。還使用了一種新型電機(jī)，混合式步進(jìn)電機(jī)。伺服步進(jìn)電機(jī)具有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的一些特點(diǎn)，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。它們在步進(jìn)電機(jī)上提供閉環(huán)，以獲得伺服控制的一些優(yōu)勢。

　　步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)提供廣泛的功能，可使特定應(yīng)用受益。關(guān)鍵是了解應(yīng)用需要什么，并選擇最能滿足應(yīng)用要求和工程規(guī)范的電機(jī)。盡管本文提供了選擇電動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)用的電機(jī)類型所需的基本信息，但完成系統(tǒng)還需要其他元素。這些包括驅(qū)動(dòng)器/控制器、智能控制器、串行或離散控制以及應(yīng)用的適當(dāng)尺寸。