伺服电机与步进电机的区别它们各自的控制之心

导语：电机控制的三种方式，每一种都有其独特之处，选择哪一种取决于客户的需求和运动功能的要求。速度控制和转矩控制通常通过模拟量来实现，而位置控制则依赖于脉冲信号。具体采用哪种方式，需要根据客户的具体需求来决定。

在没有对速度或位置有严格要求的情况下，只需输出恒定转矩时，使用转矩模式将是最合适的选择。如果对位置和速度有一定的精度要求，但不太关心实时转矩，可以考虑使用速度或位置模式。此外，如果上位系统具有良好的闭环控制能力，则使用速度控制可能会带来更好的效果。而对于性能要求不高或者缺乏实时性质的应用场景，位置控制可能就是最佳选择。

从伺服驱动器响应速度角度看，转矩模式下的运算量最小，其对输入信号响应也最快；而在位置模式下，由于运算量最大，对输入信号响应相对较慢。

当运动中的动态性能有较高要求时，就需要对电机进行实时调整。在这种情况下，如果操作系统运行缓慢（如PLC或低端运动设备），则宜采用位置方式；如果操作系统运行较快，可以将位置环迁移到上位，使得驱动器负担减少，从而提高效率（如大部分中高端运动设备）。甚至可以进一步提升到转矩方式，这通常只适用于顶级专业应用，并且这时候完全可以不用伺服电机。

一般来说，一款优秀的伺服驱动器如何表现，是每家厂商都会自豪地宣称自己做得最好。不过现在，有一个直接、直观比较方法，即响应带宽。当以脉冲发生器提供一个方波信号，让电机连续正反方向旋转并调节频率，当扫频信号包络线达到70.7%高度，即表示已经失步，此刻所示出的频率即能反映出谁产品更强大。普遍认为的是，即使是流水线当前流行的一些技术，也只能做到1000Hz以上，而只有真正专业的人士才能达到几十赫兹。这表明了他们产品性能远超常规。

简而言之：

转矩控制通过模拟输入或地址赋值设定轴侧输出力矩大小，如5V设置为2.5Nm，在负载低于此值时正转、高于此值反转。主要用于缠绕装置，以保持材质受力恒定。

位置控制通过脉冲频率确定速率，大致由脉冲个数决定角度，或可通讯赋值。由于精确性极佳，因此广泛应用于数控等领域。

速度模式亦可通过模拟输入或脉冲频率进行速率设定。在存在外部PID环控情形，可实现简单定位，但需与上位回馈同步数据。

关於三环循环：伺服多由三个PID调节闭环构成，最内层为电流环，检测输出电流并调整至设定；第二层为速环，由编码器测速进行PID调整；第三层为置环，可在驱动器与编码器间构建，或外部与编码器/负载之间，以满足不同条件选用。此次全体循环完成后，全局变换结束。此类循環最大運算量及動態響應時間長者為置環進行調整時，所以置環會引起電機與負載間傳遞誤差增加，並降低整體系統精確度。但這種設計允許減少傳輸過程中的誤差並增強整體系統精確性，這是一種選擇優點來平衡運算複雜程度與實際應用的trade-off。