伺服电机，按照通常的区分划分为步进电机、直流有刷伺服电机、直流无刷伺服电机、交流伺服电机， 随着科技的日益进步，很多特种伺服电机应运而生，比如压电陶瓷电机、直线电机以及音圈电机，在这里我 们主要讲讲通常意义下伺服电机的选择。 选择什么样的伺服电机，在很大程度上取决于负载的物理特性，负载的工作特性、系统要求以及工作环 境。一旦系统要求确定后，无论选择何种形式的伺服电机，首先要考虑的是选择多大的电机合适，主要考虑 负载的物理特性，包括负载扭矩、惯量等。在伺服电机中，通常以扭矩或者力来衡量电机大小，所以选电机 首先要计算出折算到电机轴端负载扭矩或者力的大小。计算出扭矩以后需求留出一部分余量，一般选择电机 连续扭矩>=1.3倍负载扭矩，这样能保证电机可靠的运行。除此外还需求计算折算到轴端负载惯量的大小， 一般选择负载惯量：电机转子惯量<5：1，以保证伺服系统响应的快速性。假如出现电机和负载之间惯量， 扭矩不匹配的情况，那么只能牺牲速度，在电机和负载间增加减速机了，这时你需求权衡。 选择出用多大扭矩的电机后，需求做的是了解负载的工作特性和工作环境。负载的工作特性包括如负载 是高速还是低速运行，加速度需求达到多少，是否需求频繁起停，频率需求达到多少，系统运行精度等等。 这时选择伺服电机也并没有什么特定的规律可循，关键的是你所选择的电机必须适应你负载运动的工作要 求。比如在系统精度要求不高、运动速度在几百转以下（不超过500转）但不至于过低（大于1转），不需 要频繁起停的情况下，步进电机是一种很好的选择。这是由于步进电机开环控制，控制精度低，速度太高， 电机扭矩会下降的很快，将带不动负载，速度过低会出现转动不连续的爬行现象，而且步进电机的响应也不 快，不适合频繁启动的应用场合。当运动速度几转到3000多转以下时，控制精度相对要求较高，可以选择直 流或者交流伺服电机。一般情况下，交流伺服电机低速特性不如直流伺服电机，假如负载工作于较低速，建 议选择直流伺服电机。而有刷直流电机由于存在电刷换相，会有换相环火产生，在真空防暴水下等场合是 不能使用的，并且由于环火使电机轴膨胀以及传导给连接部件，在系统精度要求高的场合也不能使用。现在 产业应用中广泛应用的交流伺服电机为交流永磁同步电机，由于其在额定转速以下呈现的恒扭矩特性，所以 多用于负载扭矩恒定或者变化不大的场合，比如机床进给系统。选择是相对的，同一种应用，可以用交流也 可以用直流，有时取决于环境，比如有的机器人项目，交流电源相对而言比较难得到，那就只能用直流伺服 电机了。还有很多特殊应用场合，常规意义的伺服电机是很难完成任务的，比如超低速平稳运行，有的甚至 低到每年几转，一般的伺服电机完成不了这个要求，只能选择力矩电机来完成任务了。又比如需求频繁起 停、快速响应、高加速度，普通伺服也很难满足要求，一般交流伺服电机带负载频繁起停频率不会高于 5HZ，而直线电机就不差未几了，可以做到高加速度有的达30G，起停频率可到20HZ。选择电机的规律就是 了解负载特性，了解工作环境，了解电机特性，只有这样才能选择合适的伺服电机。
功能模块设计 本模块可分为如下3个部分： · 单片机系统：控制步进电动机； · 外围电路：PIC单片机和步进电动机的接口电路； · PIC程序：编写单片机控制步进电功机的接口程序，实现三角波信号的输出功能。 （1）步进电动机与单片机的接口。 单片机是性能极佳的控制处理器，在控制步进电机工作时，接口部件必须要有下列功能。 ①电压隔离功能。 单片机工作在5V，而步进电机是工作在几十V，甚至更高。一旦步进电机的电压串到单片机中，就会损坏单片机；步进电机的信号会干扰单片机，也可能导致系统工作失误，因此接口器件必须有隔离功能。 ②信息传递功能。 接口部件应能够把单片机的控制信息传递给步进电机回路，产生工作所需的控制信息，对应于不同的工作方式，接口部件应能产生相应的工作控制波形。 ③产生所需的不同频率。 为了使步进电机以不同的速度工作，以适应不同的目的，接口部件应能产生不同的工作频率。 （2）电压隔离接口。 电压隔离接口专用于隔离低压部分的单片机和高压部分的步进电机驱动电路，以保证它们的正常工作。 电压隔离接口可以用脉冲变压器或光电隔离器，现在基本上是采用光电隔离器。单片机输出信号可以通过TTL门电路或者直接送到晶体管的基极，再由晶体管驱动光电耦合器件的发光二极管。 发光二极管的光照到光电耦合器件内部的光敏管上，转换成电信号，再去驱动步进电机的功率放大电路，电流放大接口是步进电机功放电路的前置放大电路。它的作用是把光电隔离器的输出信号进行电流放大，以便向功放电路提供足够大的驱动电流。 （3）工作方式接口和频率发生器。 用单片机控制步进电动机，需要在输入输出接口上用3条I／0线对步进电动机进行控制，这时，单片机用I／O口的RA0、RAI、RA2控制步进电动机的三相。步进电动机的控制方式一般分为开环控制与闭环控制两种控制方式，其中开环控制步进电机最简单的控制方式就是玎环控制系统，在这种控制方式下，步进电机控制脉冲的输入并不依赖于转子的位置，而是按一固定的规律发出控制脉冲，步进电机仅依靠这一系列既定的脉冲而工作，这种控制方式由于步进电机的独特性而比较适合于控制步进电机，适合于我国的国情这种种控制方式的特点是：控制简单、实现容易、价格较低，这种控制方式特别在开环控制中，负载位置对控制电路没有反馈。 因此，步进电机必须『F确地响应每次励磁的变化，如果励磁变化太快，电机不能移动到新的位置，那么实际负载位置与理想位置就会产生一个偏差，在负载基本不变时，控制脉冲序列的产生较为简单，但是在负载的变化可能较大的场合，控制脉冲序列的产生就很难照顾全，就有可能出现失步等现象目前随着微机的应用普及，依靠微机，可以实现一些较复杂的步进电机的控制脉冲序列的产生。
步进电机本身故障一般表现在步进电机的一相或多相绕阻烧坏（线圈短路或开路） ，这种故 障可用万用表测量该电机线圈的直流电阻值， 并与正常线圈的电阻值进行比较 （绝大多数情 况下， 电机线圈不会同时烧坏， 总有一组或多组是好的） ， 判断电机线圈是否烧坏。 用 螺丝紧固的电机， 可用改锥钳子直接拆开， 若是外壳焊接住的， 须用锉刀或钢锯小心将外壳 拆开，注意不要硬撬，以防变形。 拆开后即可看到电机内部结构，若电机线圈一相或两相烧坏，只要线圈骨架没有变 形， 就可以按照电机原来的线圈和匝数自行绕制， （在拆开已烧坏的线圈时注意数一下匝数， 并用千分尺量一下已拆下线圈的线径， 因进口漆包线与国产线皮厚薄不一致， 须用气体打火 机将线烧一下，去掉漆皮再量，代用线也须同样方法量） 。 若骨架变形，须更换骨架，若找不到合适的骨架，需用相仿的骨架改制，也可用耐 高温阻燃绝缘材料自制，用胶粘在一起形状与原骨架相同即可。 绕好后细心安装在一起，用手转动电机转轴，无明显卡涩感即可。 须说明的是，如果步进电机损坏，应同时检测步进电机的驱动电路是否损坏，然后 才能更换步进电机。
1 引 言 直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可*性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机［1］。 无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可*、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。 在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直流电动机（BLDCM）和正弦波直流电动机（PMSM），BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多［2］。 直流无刷电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机［3］。本文从无刷电动机的三个部分对其发展进行分析。 2 各组成部分发展状况 2．1 电动机本体 无刷直流电动机在电磁结构上和有刷直流电动机基本一样，但它的电枢绕组放在定子上，转子采用的重量、简化了结构、提高了性能，使其可*性得以提高。无刷电动机的发展与永磁材料的发展是分不开的，磁性材料的发展过程基本上经历了以下几个发展阶段：铝镍钴，铁氧体磁性材料，钕铁硼（NdFeB）。钕铁硼有高磁能积，它的出现引起了磁性材料的一场革命。第三代钕铁硼永磁材料的应用，进一步减少了电机的用铜量，促使无刷电机向高效率、小型化、节能的方向发展［4］。 目前，为提高电动机的功率密度，出现了横向磁场永磁电机，其定子齿槽与电枢线圈在空间位置上相互垂直，电机中的主磁通沿电机轴向流通，这种结构提高了气隙磁密，能够提供比传统电机大得多的输出转矩［5］。该类型电机正处于研究开发阶段。 2．2 电子换相电路 控制电路：无刷直流电动机通过控制驱动电路中的功率开关器件，来控制电机的转速、转向、转矩以及保护电机，包括过流、过压、过热等保护。控制电路最初采用模拟电路，控制比较简单。如果将电路数字化，许多硬件工作可以直接由软件完成，可以减少硬件电路，提高其可*性，同时可以提高控制电路抗干扰的能力，因而控制电路由模拟电路发展到数字电路目前，控制电路一般有专用集成电路、微处理器和数字信号处理器等三种组成形式。对电机控制要求不高的场合，由专业集成电路组成控制电路是简单实用的方法；由于数字信号处理器运算快，外围电路少，系统组成简单、可*，使得直流无刷电动机的组成大为简化，性能大大改进，有利于电机的小型化和智能化，因而数字信号处理器是控制电路发展的方向［6］。 驱动电路：驱动电路输出电功率，驱动电动机的电枢绕组，并受控于控制电路。驱动电路由大功率开关器件组成。正是由于晶闸管的出现，直流电动机才从有刷实现到无刷的飞跃。但由于晶闸管是只具备控制接通，而无自关断能力的半控性开关器件，其开关频率较低，不能满足无刷直流电动机性能的进一步提高。随着电力电子技术的飞速发展，出现了全控型的功率开关器件，其中有可关断晶体管（GTO）、电力场效应晶体管（MOSFET）、金属栅双极性晶体管IGBT模块、集成门极换流晶闸管（IGCT）及近年新开发的电子注入增强栅晶体管（IEGT）〔7〕。随着这些功率器件性能的不断提高，相应的无刷电动机的驱动电路也获得了飞速发展。目前，全控型开关器件正在逐渐取代线路复杂、体积庞大、功能指标低的普通晶闸管，驱动电路已从线性放大状态转换为脉宽调制的开关状态，相应的电路组成也由功率管分立电路转成模块化集成电路，为驱动电路实现智能化、高频化、小型化创造了条件。 2．3 转子位置检测电路 永磁无刷电动机是一闭环的机电一体化系统，它是通过转子磁极位置信号作为电子开关线路的换相信号，因此，准确检测转子位置，并根据转子位置及时对功率器件进行切换，是无刷直流电动机正常运行的关键。 用位置传感器来作为转子的位置检测装置是最直接有效的方法。一般将位置传感器安装于转子的轴上，实现转子位置的实时检测。最早的位置传感器是磁电式的，既笨重又复杂，已被淘汰；目前磁敏式的霍尔位置传感器广泛应用于无刷直流电动机中，另外还有光电式的位置传感器。位置传感器的存在，增加了无刷直流电动机的重量和结构尺寸，不利于电机的小型化；旋转时传感器难免有磨损，且不易维护；同时，传感器的安装精度和灵敏度直接影响电机的运行性能；另一方面，由于传输线太多，容易引入干扰信号；由于是硬件采集信号，更降低了系统的可*性。为适应无刷电动机的进一步发展，无位置传感器应运而生，它一般利用电枢绕组的感应反电动势来间接获得转子磁极位置，与直接检测法相比，省去了位置传感器，简化了电动机本体结构，取得了良好的效果，并得到了广泛的应用。但对于*反电动势进行位置检测的无位置传感器无刷电动机，由于静止时不产生反电动势，因而如何顺利启动是该电机需要解决的问题。 近年，有人提出了一种新的无位置传感器的无刷电动机，它不是利用反电动势来检测转子位置，而是通过贴于转子表面的非磁性导电材料，利用定子绕组高频开关工作时非磁性材料上的涡流效应，使开路相电压的大小随转子位置而变化，从而可通过检测开路相电压来判断转子位置，这种无位置传感器的无刷电动机克服了一般无位置无刷电动机的启动和低速运行问题，但该方法需要特殊的电机，对电机的制造工艺提出很高的要求［8］。 3 有待研究问题 3．1 转矩脉动 目前，无刷直流电动机存在的最主要的问题就是存在转矩脉动。由于转矩存在脉动，使得无刷直流电动机在交流伺服系统中的应用受到了限制，尤其是在直接驱动应用的场合，转矩脉动使得电机速度控制特性恶化。尤其是用于视听设备、电影机械、计算机中的无刷直流电动机，更要求运行平稳、没有噪声。因而抑制或消除转矩脉动成为提高伺服系统性能的关键。 转矩脉动产生的原因主要有：齿槽效应和磁通畸变引起的转矩脉动；谐波引起的转矩脉动；由于电枢等效电感的影响，由换相电流引起的转矩脉动。目前，各高校以及科研机构对转矩脉动问题展开了深入的研究，针对不同的产生原因，提出了各种抑制或削弱转矩脉动的方法，从不同程度上提高了无刷电动机的性能。但是这些研究均是在原有结构、方案上提出了一些削弱或补偿的方法，没有从原理上或者根本上消除转矩的脉动。因而转矩的脉动还有待于进一步的研究。 3．2 无位置传感器的转子位置检测 无位置传感器转子位置检测的方法主要有：反电动势法、续流二极管法、电感法和状态观测法。其中反电动势法是最常见和应用最广泛的方法。但该方法是在忽略电枢反应的基础上的，在原理上就存在误差，对于大功率无刷电动机，电枢反应对气隙磁密的影响更明显，误差也就更大。另一方面，电机在启动和低速时，反电动势为零或很小，很难通过反电动势来检测转子位置，无位置传感器的无刷电动机存在启动问题［9］。因此，如何在大功率无刷电动机中补偿反电动势法造成的转子位置信号的误差，以及如何克服反电动势法中电动机的启动问题，是急需解决的。对于启动问题，一般采用先用其他方法启动之后再切换到无位置传感器的运行方法。 4 无刷直流电动机的发展方向 随着电子技术、控制技术的发展，位置检测可以通过芯片配合适当的算法来实现。高速微处理器和DSP器件以及专用的控制芯片的出现，使得运行速度、处理能力有很大的提高。DSP固有的计算能力可用来在无刷电机上实现无传感器控制［10］。采用DSP实现无位置传感器控制成为研究的热点，低成本DSP无位置传感器无刷电动机，成为无刷直流电动机的发展方向。
1.检查步进电机维护点步进电机应存储在40至+ 50℃的环境温度中，在清洁和通风仓库中相对湿度为95％或更低，空气不应含有腐蚀性气体。在运输过程中小心，避免碰撞和影响，严格禁止腐蚀性物质，如酸和碱。人体可以防止电机的内部风险并防止异物干扰。确保电机正常工作。然而，大多数切削油，润滑剂都很强烈，电机很长一段时间，电机可能有很长的时间，这可能导致缩短不正确或不正常工作。因此，电动机的安装不能放置在液体材料中，该液体材料可以在不接触液体材料的情况下导致诸如液体材料的液体材料并且可能不与液体材料接触。导向和累积耦合导致电机故障。因此，当安装安装时，电机连接器侧被布置或布置在水平方向上，如果电动机接口面向水平方向，则必须在连接工具之前将电缆放置在连接工具之前。如果不需要机器电机速度，则如果不需要保护动作，2，步进电机连接维护要求和步骤根据接口描述，调整信号线，电机线和电源线。电动机线和电源线流过电流，从布线传输到布线，从而必须插入插头，使得触点较小，并且燃烧切割袜子不会加热。连接电机线时，必须确保阶段之间没有短路。电机绕组绝缘符合要求，实际上不反转3相绕组的相同名称（链接到相同的操作性能，易于导致同名步进电机）。当电源连接时，建议使用电机泄漏（例如，电动机布线外壳，相绕组壳体，电机水等）由绝缘体变压器供电。设备（驱动器和电机）。电源开关可以使用开关，例如空气开关，防漏开关或快速，可靠，但虽然接触在关闭时易于产生差的接触，但不可用通用刀开关。让驾驶员可能会受到干扰。发生错误操作。电源分离成绝缘变压器。开关连接到开关连接到电源接口的“AC220V端子”后，开关连接到电源接口的“AC220V输出”端子，并且保护接地线连接到电源接口的“FG”端子。
本文介绍如何正确选择步进电机和驱动器：判断需多大力矩：静扭矩是选择步步进电机进电机的主要参数之一。负载大时，需采用大力矩电机。力矩指标大时，电机外形也大。判断电机运转速度：转速要求高时，应选相电流较大、电感较小的电机，以增加功率输入。且在选择驱动器时采用较高供电电压。选择电机的安装规格：如57、86、110等，主要与力矩要求有关。确定定位精度和振动方面的要求情况：判断是否需细分，需多少细分。根据电机的电流、细分和供电电压选择驱动器。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。在构造上有三种主要类型：反应式、永磁式和混合式。步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。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，从而达到调速和定位的目的。
步进电机驱动器型号品种较多，外观有部分差异，但其实作用基本相同，在价格上的差距也比较大。所以客户将重点放在质量上，如何判断步进电机驱动器质量好与坏？合泰电机告诉您怎么选择高质量步进电机驱动器：质量要想好，首先要求生产厂家具有较强的生产能力以及合格的质量检验工序，所以要对步进电机驱动器厂家有一定的了解，包括企业概略，生产环境，员工素质等等方面。最好是实地 考察验证，如无法亲自到场（网络得悉）依然可以通过各种渠道了解厂家的实力。第二点，对厂家初步了解之后，对步进电机驱动器进行样品测验也很重要。让生产厂家将样品发到公司，检测步进电机驱动器是否能满足使用要求。最后，厂家售后服务也非常重要，有的厂家因为人手紧缺或其他原因，客户进行问题反馈之后几天之内都没可以做出响应和解决方案，那么就得慎重考虑，即便是一些大型制造企业，客户也不愿意遇到这样的情况。合泰电机提供高质量的步进电机和驱动器产品，并提供良好的售后服务。欢迎致电本公司了解产品详细资料。
