【话题】尺有所短，寸有所长—论步进电机与伺服电机的区别及应用（20120419）

4、如果用伺服的编码器+上位机的精确命令，实现对电机脉冲电流的定位控制，就真正实现了电机位置的精确控制；
5、而伺服的编码器+上位机直接对电机的电流脉冲的定位控制，只有一步之遥，在技术上不存在困难；
6、我们期望一个对电机的位置即能精确测量，又能对电机脉冲电流精确控制的伺服脉冲式步进系统的出现而努力！

1、这里有几个概念要统一：

1）电机旋转一周的“脉冲”是什么？
2）如果你说的电脉冲，是电机的电源脉冲，把交流电的正、负半周看成两个脉冲，那么三相交流电变化一周有6个脉冲；
3）那么极对数为P的交流电机转一周需要6P个脉冲；
4）当然这是三相交流电机的算法，直流电机或者其他转动原理不同的电机，只是脉冲的计算式不同而已；

2、“移动距离”是什么？

1）如果移动距离指的是，电机转动一周，被驱动的工件平移的距离；
2）那么一个电源脉冲，对应电机前进一步，被驱动的工件平移的距离叫步距；
3）例如电机与被驱动的工件之间是螺杆传动，电机的转速与螺杆的转速比叫机械传动比，螺距就是螺杆转动一周工件的平移距离
4）如果螺距是1mm，传动比是1:1，那么电机转一周，工件平移1mm；
    如果螺距是1mm，传动比是10:1，那么电机转一周，工件平移0.1mm；
    如果螺距是1mm，传动比是100:1，那么电机转一周，工件平移0.01mm；
    如果螺距是1mm，传动比是1000:1，那么电机转一周，工件平移0.001mm；
5）如果电机的电机转一周需要6P个脉冲，那么每个脉冲即电机的每一个步进，工件移动的距离就是一个步距，那么
   步距= 螺距/传动比×6P

3、编码器的分辨率：

1）编码器是检测电机转子角位移的设备；
2）编码器与转子同轴；
3）电机每输入6P个脉冲，转一周角位移为360度（2π弧度），编码器应该输出6P个脉冲，1个脉冲对应的角位移是
360度/6P；
4）我的这个编码器每转一周只输出6P个脉冲；
5）如果一个编码器有6000P条刻线，没转一周，输出6000P个脉冲，那么每1000P个脉冲对应的角位移是360度/6P，对应工件位移一个步距；
6）大家看到了，编码器的刻线多没有什么用处；
7）因为我们只能准确到电机的每一个脉冲转过的角度，不可能准确到几分之几个脉冲的角度，几分之几个脉冲无实际意义，只是个数学概念；
8）如果把编码器的分辨率定义为每一个刻线对应的角位移，那么6000P条刻线的编码器的分辨率是360度/6000P；
9）这个分辨率的高低对电机的角位移的测量毫无意义；
10）我们要检测的是电机转过几步，工件移动几个步距，虽然几分之几的步距数学概念有，而实际控制不了；

4、工件移动的分辨率或者精度：

1）工件移动的步距就是我们电机（或者伺服）控制的分辨率或者精度；
2）由于步距=  螺距/传动比×6P，所以提高电机（或者伺服）控制的分辨率或者精度的方法是提高传动比；
3）例如：如果螺距是1mm，传动比是1000:1，那么电机转一周，工件平移0.001mm，步距是 0.001/6p mm，控制精度就是0.001/6p mm；

5、所以建议编码器与电机匹配，可以简化控制计算的数字非常整齐；

6、由于电机的极对数P大多数是1、2、3、4、5、6，所以编码器的刻线是2×2×3×2×3×2×5=720的整数倍，就可以通用；

7、为了检测方向，可以有两套互差90度电工角的刻线，以判断转向；

8、这样，对于P=1的电机，两套刻线的基点互差180条刻线而重和，这样从基点到左侧180条刻线为正转，那么从基点到右侧180条刻线为反转；

9、实际这样还是720条刻线；

10、所以刻线得多少，不是精确度的问题，而是能否使一个步距对应的刻线条数是整数个，保证能精确记数的问题；

11、这样，对于P=6的电机，两套刻线的基点互差30条刻线而重和，这样从基点到左侧30条刻线为正转，那么从基点到右侧30条刻线为反转；

12、由于电机的极对数P是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，所以编码器的刻线是2×2×3×2×3×2×5×7×2×3=30240的整数倍，就可以通用，但是刻线太多，工艺难以实现；

13、对于电机的极对数P是1、2、7、8、9编码器的刻线是2×2×3×2×7×4×9=6048的整数倍，就可以通用；

14、这样，对于P=1的电机，两套刻线的基点互差1512条刻线而重和，这样从基点到左侧1512条刻线为正转，那么从基点到右侧1512条刻线为反转；

15、这样，对于P=9的电机，两套刻线的基点互差168条刻线而重和，这样从基点到左侧168条刻线为正转，那么从基点到右侧168条刻线为反转；

16、对于电机的极对数P是1、2、8、9、10编码器的刻线是2×2×3×2×4×9×5=4320的整数倍，就可以通用；

17、这样，对于P=1的电机，两套刻线的基点互差1080条刻线而重和，这样从基点到左侧1080条刻线为正转，那么从基点到右侧1080条刻线为反转；

18、这样，对于P=10的电机，两套刻线的基点互差108条刻线而重和，这样从基点到左侧108条刻线为正转，那么从基点到右侧108条刻线为反转；

19、如果要给一个P是1、2、3、4、6、8、11、12的电机配用编码器，则这个编码器的刻线应该是2×2×3×2×3×2×2×11×2=6336的整数倍，就可以通用；

20、这样，对于P=1的电机，两套刻线的基点互差1584条刻线而重和，这样从基点到左侧1584条刻线为正转，那么从基点到右侧1584条刻线为反转；

21、这样，对于P=12的电机，两套刻线的基点互差132条刻线而重和，这样从基点到左侧132条刻线为正转，那么从基点到右侧132条刻线为反转；

22、如果要给一个P是1、2、3、4、6、8、9、10、12的电机配用编码器，则这个编码器的刻线应该是2×2×3×2×3×2×2×3×5×2=8640的整数倍，就可以通用；

23、从以上分析得出编码器的刻线与电机的极对数相关，一种编码器的刻线适应一种极对数的电机，适应多个不同极对数的电机的编码器的刻线增多，在有限刻线下，一种编码器不可能适应所有极对数的电机；

24、如果你的电机的极对数确定，可以尽量选择适合的刻线少的编码器，反而计算要简单，并不影响检测、反馈的精确度；







“那么极对数为P的交流电机转一周需要6P个脉冲”？？？

1、这是对三相交流电机而言的；

2、在一对磁极里，有三个绕组，在不同磁极中各有A、C、B三个极相组，每一个极相组为60度相带；

3、三相交流电注入极相组的电流脉冲（交流电的一个半周）的顺序为A、C、B、A、C、B，共6个脉冲；

4、交流同步电机，电源输入的脉冲数与电机转子转过的步距是一一对应关系；

5、其它电机旋转一周，电源输入的脉冲数按其工作原理分别确定；