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步进电机、伺服电机、舵机的主要区别?

文章来源:未知人气:发表时间:2019-08-05 17:14

步进电机、伺服电机、舵机的主要区别
步进电机:
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的
伺服电机:
伺服电机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
舵机:
舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机,经由电路板上的 IC判断转动方向,再驱动无核心马达开始转动,透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回讯号,判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻,当舵机转动时电阻值也会随之改变,藉由检测电阻值便可知转动的角度。 厂商所提供的舵机规格资料,都会包含外形尺寸(mm)、扭力(kg/cm)、速度(秒/60°)、测试电压(V)及重量(g)等基本资料。扭力的单位是 kg/cm,意思是在摆臂长度 1 公分处,能吊起几公斤重的物体。这就是力臂的观念,因此摆臂长度愈长,则扭力愈小。速度的单位是 sec/60°,意思是舵机转动 60°所需要的时间。
其实三者不是并列关系,因为步进电机和伺服电机是可以在功能上对比的;而舵机指的是伺服电机在航模、小型机器人等领域下常用的一个特殊版本,一般来说比较轻量、小型、简化和廉价,并附带减速机构。
而步进电机和伺服电机本质上的最大区别在于,一个是开环控制,一个是闭环控制。
步进电机接收的是电脉冲信号,根据信号数量转过相应的步距角。
通俗来讲就是你推一下,我动一下。动的角度就是步距角,是步进电机的固有属性。假如步距角是15°,表示每接收一个脉冲电机就转过15°。
所谓开环,就是只管控制,不管反馈。
步进电机接收脉冲后转动,但不保证一定能转到。比如脉冲频率过高或者负载较大,就会造成失步,也就是没转到位。
所以说使用步进电机的场合,要么不需要位置反馈,要么在其他设备上进行位置反馈。比如模型小车的车轮、光驱的光头、摄像机云台,以及各种行业机械设备等。
步进电机一般长这样:
内部结构则是这样:
步进电机与普通直流交流电机的原理均不同,步进转动靠的是定子线圈绕组不同相位的电流以及定子和转子上齿槽产生的转矩。
而伺服电机则是闭环控制,即通过传感器实时反馈电机的运行状态,由控制芯片进行实时调节。
一般工业用的伺服电机都是三环控制,即电流环、速度环、位置环,分别能反馈电机运行的角加速度、角速度和旋转位置。芯片通过三者的反馈控制电机各相的驱动电流,实现电机的速度和位置都准确按照预定运行。
伺服电机能保证只要负载在额定范围内,就能达到很高的精度,具体精度首先受制于编码器的码盘,与控制算法也有很大关系。
与步进电机原理结构不同的是,伺服电机由于把控制电路放到了电机之外,里面的电机部分就是标准的直流电机或交流感应电机。
一般情况下电机的原始扭矩是不够用的,往往需要配合减速机进行工作,可以使用减速齿轮组或行星减速器。
伺服电机常用于需要高精度定位的领域,比如机床、工业机械臂、机器人等。
常见的伺服电机长这样:(里面有三环控制电路)
内部结构是这样:(这款是空心杯无刷直流电机)
而舵机则是因为航模爱好者们最初用它控制船舵、飞机舵面而得名。
伺服电机的英文是servomotor。舵机呢?有人也叫servomotor,有人简称为servo。
从结构来分析,舵机包括一个小型直流电机,加上传感器、控制芯片、减速齿轮组,装进一体化外壳。能够通过输入信号(一般是PWM信号,也有的是数字信号)控制旋转角度。
由于是简化版,原本伺服电机的三环控制被简化成了一环,即只检测位置环。廉价的方案就是一个电位器,通过电阻来检测,高级的方案则会用到霍尔传感器,或者光栅编码器。
给模型用的舵机很多干脆就是塑料外壳加塑料齿轮组。比如著名的廉价舵机SG90,俗称9g舵机(因为重量是9g):
稍一拆解就看到里面是这样的:
可以看到塑料齿轮组、电机、电位器、电路板等。


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