伺服系统有哪几种控制模式？自动化设备行业选择伺服电机的方式！
步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号)，但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。
1控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如某公司生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
2低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。
交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能(FFT)，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
3矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
4过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以某交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。
5运行性能不同
步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
6速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。
自动化设备设计中伺服电机的选择
自动化领域指如今的大热门，而伺服电机在其中占有重要地位，通常用于项目中较精确的速度或位置控制部件的驱动。自动化设备的设计者常常需要面临各种各样不同需求的电机选型问题，本文仅根据编者的实际工作经历做一些分享，望能够给需要者提供一些帮助。
伺服电机是自动化领域中使用较为广泛的电机，通常用于项目中较精确的速度或位置控制部件的驱动。自动化设备的设计者常常需要面临各种各样不同需求的电机选型问题，而供应商提供的电机也是五花八门，参数多如牛毛，常常使初学者一头雾水，本文仅根据编者的实际工作经历做一些分享，望能够给需要者提供一些帮助。
1.应用场景
自动化领域的控制型电机可分为伺服电机、步进电机、变频电机等。在需要较为精确的速度或位置控制的部件，会选择伺服电机驱动。
变频器+变频电机的控制方式，是通过改变输入电机的电源频率而改变电机转速的控制方法。一般只用于电机的调速控制。
伺服电机与步进电机相比：
a)伺服电机使用闭环控制，步进电机为开环控制；
b)伺服电机使用旋转编码器计量精度，步进电机使用步距角。普通产品级别上前者的精度可达后者的百倍数量级；
c)控制方式相似（脉冲或方向信号）。
2.供电电源
伺服电机从供电电源上区分可分为交流伺服电机和直流伺服电机。
二者还是比较好选择的。一般的自动化设备，甲方都会提供标准的380V工业电源或220V电源，此时选择对应电源的伺服电机即可，免去电源类型的转换。但有一些设备，比如立体仓库中的穿梭板、AGV小车等，由于本身的移动性质，大部分使用自带直流电源，所以一般使用直流伺服电机。
3.抱闸
根据动作机构的设计，考虑在停电状态下或静止状态下，是否会造成对电机的反转趋势。如果有反转趋势，就需要选择带抱闸的伺服电机。
4.选型计算
选型计算前，首先要确定的是机构末端的位置和速度要求，再者确定传动机构。此时即可选择伺服系统和对应的减速器。
选型过程中，主要考虑以下参数：
4.1.功率和速度
根据结构形式和最终负载的速度和加速度要求，计算电机所需功率和速度。值得注意的是，通常情况下需要结合所选电机的速度选取减速机的减速比。
在实际选型过程中，比如负载为水平运动，因为各个传动机构的摩擦系数和风载系数的不确定性，公式P=T*N/9549往往无法明确计算（无法精确计算扭矩的大小）。而在实践过程中，也发现使用伺服电机所需功率最大处往往是加减速阶段。所以，通过T=F*R=m*a*R可定量计算所需电机的功率大小和减速机的减速比（m：负载质量；a：负载加速度；R：负载旋转半径）。
有以下几点需要注意：
a)电机的功率富余系数；
b)考虑机构的传动效率；
c)减速机的输入和输出扭矩是否达标，并有一定的安全系数；
d)后期是否会有加大速度的可能性。
值得一提的是，在传统行业中，例如起重机等行业，使用普通的感应电机驱动，加速度无明确要求，计算过程使用的是经验公式。
注：负载垂直运行的情况下，注意把重力加速度计算在内。
4.2.惯量匹配
要实现对负载的高精度控制，需要考虑电机与系统的惯量是否匹配。
对于为什么需要惯量匹配的问题，网上并没有给出一统江湖的说法。个人理解有限，在这里就不解释了。有兴趣的朋友可以自行考证一下并告知一声。惯量匹配的原则为：考虑系统惯量折合到电机轴上，与电机的惯量比不大于10；比值越小，控制稳定性越好，但需要更大的电机，性价比更低。具体的计算方法如有不明白的请自行补学大学"理论力学"。
4.3.精度要求
计算经过减速机和传动机构的变化后，电机的控制精度是否能够满足负载的要求。减速器或某些传动机构有一定的回程间隙，都需要考虑。
4.4.控制匹配
这个方面主要是与电气设计人员沟通确认，比如伺服控制器的通讯方式是否与PLC匹配，编码器类型及是否需要引出数据等。
5.品牌
目前市场上伺服电机品牌众多，性能也是千差万别。大体来说，如果不差钱，就选用欧美的，稍微差点钱，选日本的，再次台湾和国产的。不是小编崇洋媚外，是实际使用得来的教训。根据过往经验，国产的伺服电机本体基本性能上没什么问题，主要伺服控制器的控制算法、集成度和和稳定性方面有一定的差距。希望国内厂商继续努力，缩小与国外产品的差距。
值得一提的是，做自动化的设计，要学会借外力。特别是做非标自动化，面临太多设备的选型和计算，往往不堪重负，加班累成狗是常态。现在伺服电机厂商都会提供技术支持，只要你提供给他负载、速度、加速度等参数要求，他们有一套自己的软件自动帮助你计算并选择合适的伺服电机，非常的方便。
