步进和伺服电机都有优点和局限性，如何权衡？

没有完美的解决方案，只有针对手头问题的最佳解决方案，这是工程上的老生常谈。对于伺服电机和步进电机尤其如此。两者都在工业中广泛使用。两者都不是通用的解决方案。如果应用得当，步进电机和伺服电机都可以为非常成功的系统提供有效、可靠的动力。在两者之间进行选择的决策树有很多分支，但最重要的是速度、加速度和价格目标。

步进电机

步进电机由带有永磁体的转子和承载绕组的固定定子组成，流过定子绕组的电流会产生磁场，该磁场与转子的磁场相互作用，从而产生并施加旋转力。步进电机具有高极数，通常为50或更多。每个极由电机驱动器按顺序通电，以便转子以一系列增量或步进转动。但由于极数多，运动看起来是连续的。

步进电机有几个属性，它们产生增量运动并且通常以开环方式运行，这消除了编码器或旋转变压器的成本和复杂性，高极数使它们能够在零速时产生高扭矩，它们也很紧凑并且通常很经济。

不利的一面是，步进电机的速度有限，它们通常在 1,200 rpm 或更低的转速下运行良好。尽管它们在零速时产生高扭矩，但扭矩会随着速度的增加而下降。在零速下产生 100oz-in的电机在 500rpm 时可能仅提供50oz-in，在 1,000rpm时仅提供 10 oz-in。

理论上，增加变速箱可以增加扭矩，但步进电机的低速会成为问题。将 10:1 齿轮减速器添加到1,200rpm 步进电机可能会将扭矩提高一个数量级，但也会将速度降至 120rpm。如果电机驱动滚珠丝杠执行器或类似的东西，它可能无法提供足够的速度来满足应用程序的需求。

步进电机通常不提供大于NEMA34的框架尺寸，大多数应用都属于NEMA17或 NEMA23 电机尺寸。因此，很难找到能够产生超过1,000到 2,000oz-in扭矩的步进电机。步进电机也有性能限制。例如，电机需要消除摩擦才能开始转动并移动负载，此时转子未完全受控。因此，前进五步的命令可能会导致电机转动四步——或者可能是六步。

然而，如果驱动器命令电机前进200 步，那么它会在短短几步内完成，此时代表几个百分点的误差。尽管步进电机的分辨率通常在每转 25,000到50,000次计数之间，但电机是负载下的弹簧质量系统，典型分辨率为每转 2,000 到 6,000 次计数。尽管如此，在这些分辨率下，即使移动200步也只对应几分之一度。添加一个编码器将准确地跟踪运动，但它不会克服电机的基本物理特性。对于需要更高定位精度和分辨率的应用，伺服电机是比步进电机更好的选择。

伺服电机

步进电机由带永磁体的转子和带绕组的固定定子组成，就像在步进电机中一样，电流会产生作用于转子以产生扭矩的磁场。但是伺服电机的极数明显少于步进电机，因此，它们必须在闭环控制下运行。

通常，伺服电机的运行速度明显快于步进电机，速度约为几千转/分。这使得伺服电机可以与变速箱一起使用，以在有用的速度下提供更高的扭矩。它们还在电机的电机速度范围内提供更一致的扭矩。

与步进电机不同，它们没有保持转矩。然而，闭环操作让控制器/驱动器命令负载保持在特定位置，并且电机会不断进行调整以将其保持在该位置。因此，伺服电机可以提供事实上的保持扭矩。

伺服电机通常使用稀土磁铁，而步进电机更频繁地使用较便宜的传统磁铁。稀土磁铁有助于伺服系统在更小的封装中产生更大的扭矩。伺服电机还因其较大的尺寸而获得扭矩优势。伺服电机直径范围通常从 NEMA17 一直到220毫米。由于这些综合因素，伺服电机可提供高达 250 ft-lb 的扭矩。伺服电机的速度和扭矩比步进电机提供更高的加速度。由于闭环控制，它们还提供更准确的定位。

结论

伺服电机具有不可否认的性能优势，然而，就可重复性而言，步进电机具有竞争力。在成本方面，步进电机通常不需要反馈，使用更便宜的磁铁并且很少有变速箱。它们还具有高极数、产生保持扭矩的能力，并且它们在零速时消耗的功率更少。因此，步进电机可以比同类伺服电机便宜一个数量级。因此，当应用程序宽容但预算不宽容时，请考虑步进电机。如果性能是最重要的，伺服电机可以胜任，但要做好支付更多费用的准备。