步進電動機傳動是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電動機加一個脈沖信號，電動機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電動機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電動機來控制變得非常簡單。雖然步進電動機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電動機并不能像普通的直流電動機、交流電動機在常規(guī)條件下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。

增量運動控制單元是一種輸出跟隨輸人脈沖鏈室階梯狀運動的機電控制系統(tǒng)。增量控制的含義是指輸出的增量與此時此刻的輸人脈沖數(shù)的增量成正比，當輸入脈沖數(shù)的增量為零時，系統(tǒng)的輸出維持不變。增量運動控制單元由脈沖發(fā)生器、環(huán)形分配器、開關(guān)式功率放大器、步進電動機、傳動機構(gòu)和工作裝置等組成，如圖6所示。

 

 步進電劫機是增量運動控制單元的執(zhí)行元件。步進電動機是由脈沖信號控制的特種電動機，對應(yīng)一個電脈沖，電動機將產(chǎn)生一個恒定量的步進運動，即電動機運動的步數(shù)由脈沖數(shù)確定，運動方向由脈沖相序確定，而在一定時間內(nèi)電動機對脈沖鏈的響應(yīng)角度由脈沖頻率決定。在電動機驅(qū)動能力和頻響能力允許的范圍內(nèi)，這些關(guān)系不會因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化。由于增量運動控制單元可以直接實現(xiàn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換，在沒有反饋的情況下可以保證一定的控制精度，可以在較寬的范圍內(nèi)通過玫變脈沖頻率來調(diào)速。

(1)脈沖信號的產(chǎn)生。脈沖信號一般由單片機或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4，電動機轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。

(2)環(huán)形分配器(又名脈沖分配器)。步進電動機有二、三、五相電動機，以二相電動機工作方式為例，有二相四拍和二相八拍兩種，具體分配如下：二相四拍，步距角為1.8°；二相八拍，步距角為0.9°。

(3)功率放大。功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最重要的部分。步進電動機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流(而樣本上的電流均為靜態(tài)電流) 。平均電流越大電動機力矩越大，要達到平均電流大就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電動機的反電勢，因而不同的場合需采取不同的驅(qū)動方式。到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細分數(shù)等。為盡量提高電動機的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進電動機的驅(qū)動電源。

1.3 步進電動機和交流伺服電動機性能的比較

(1)控制精度不同。兩相混合式步進電劫機步距角一般為3.6°、1.8°，五相混合式步進電動機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進電動機步距角更小，如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進電動機，其步距角為0.09°；德國百格拉公司(BERGER IAHR)生產(chǎn)的三相混合式步進電動機，其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電動機的步距角。交流伺服電動機的控制精度由電動機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電動機為例，對于帶標準2500線編碼器的電動機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻投術(shù)，其脈沖當量為360°/10000 =0.036°。對于帶17位編碼器的電動機而言，驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖，電動機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當量為360° /131072=9. 89″。是步距角為1.8°的步進電動機脈沖當量的1/655。

(2)低頻特性不同。步進電動機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認為振動頻率為電動機空載起跳頻率的一半。這種由步進電動機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電動機工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼投術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電動機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。

交流伺服電動機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能(FFT)，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。

(3)矩頻特性不同。步進電動機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)逮時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)逮一般在300一600r/min交流伺服電動機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000r/min或3000r/min)以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。

(4)過載能力不同。步進電動機一般不具有過載能力。交流伺服電動機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3                                           倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電動機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電動機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。

(5)運行性能不同。步進電動機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電動機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電動機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。

(6)速度響應(yīng)性能不同。步進電動機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200-400ms交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA400W交流伺服電動機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000r/min僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

綜上所述，交流伺服系統(tǒng)雖然在許多性能方面都優(yōu)于進電動機，但步進電動機控制系統(tǒng)處理得當，其扭矩選擇合適，從控制精度和成本的角度上考慮，步進電動機完全可以應(yīng)用在圓網(wǎng)獨立傳動上。MBK公司的所有獨立傳動印花機的圓網(wǎng)傳動都采用步進電動機傳動。交流伺服電動機由于采用的是編碼器閉環(huán)控制，有較大的過載能力，不會像步進電動機那樣負載突變而產(chǎn)生丟步現(xiàn)象、電動機少轉(zhuǎn)及逃花現(xiàn)象。