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對于當(dāng)今的運動應(yīng)用而言，伺服電機明顯是一個好的選擇，步進(jìn)電機亦然。此外，比起前些年，步進(jìn)電機不僅價格降低了，而且比以前更易于選型、安裝和操作。可是，在這些方面，伺服電機也有同樣發(fā)展。今天，對于“步進(jìn)電機與伺服電機比較”問題的看法與從前一樣模糊不清。兩種電機利用了基本相同的技術(shù)發(fā)展并且以幾乎相同的速度進(jìn)步。與五年前相比，步進(jìn)電機更好地滿足了步進(jìn)應(yīng)用，伺服電機也同樣更好地滿足了伺服應(yīng)用。
控制器改進(jìn)
受益于技術(shù)發(fā)展特別多的一個領(lǐng)域是運動控制器。受到電子革命的推動，既能夠運行步進(jìn)電機又能夠運行伺服電機的裝置幾乎在所有方面都變得更好了。的改進(jìn)是在如Microsoft Windows等公用平臺上運行的易于使用的接口的開發(fā)。標(biāo)準(zhǔn)接口和平臺節(jié)省了時間和費用，簡化了安裝、編程和故障排除。
圖1 永磁伺服電機有直流電刷和無刷兩種形式。有刷形式需要的控制器比無刷形式需要的復(fù)雜程度低，常常用于低功率應(yīng)用，無刷直流伺服電機(交流永磁型)需要復(fù)雜的電子電路用于通信。其繞組靠近電機外殼的外部，有助于冷卻。由于沒有電刷摩擦和電刷壓降，它們的轉(zhuǎn)動慣量也較小，更加高效、可靠
由于采用固態(tài)開關(guān)和智能電源模塊，控制器也變得更小、功效更大?，F(xiàn)在的電源開關(guān)裝置降低了電壓降和開關(guān)損耗，母線電壓在565～680 VDC范圍內(nèi)具有額外的實用性，非常高效，常常能以較小的成套設(shè)備向電機傳送兩倍以上的功率。目前，智能模塊是如此靈活和堅固，有些制造商甚至把它們放在電機外殼內(nèi)部。通過附加的智能功能，現(xiàn)代運動控制器還提供多種反饋選項和控制戰(zhàn)略，而且它們比以前結(jié)合了更多的功能。比如，通信板正在成為標(biāo)準(zhǔn)配置，在控制器和智能傳動裝置上實現(xiàn)了開放式總線結(jié)構(gòu)— SynqJSct、Signet、Sercos、CanOpen、Profibus、DeviceNet、以太網(wǎng)。
有關(guān)的趨勢是PC與PLC體系結(jié)構(gòu)集成。在迅速發(fā)展的運動控制器中，“計算機”就集成在其中。在其他應(yīng)用中，相反的做法更有意義：運動控制器嵌在機器控制器、PC和PLC中。無論以何種方式，機器和運動控制器之間長期存在的界限迅速縮小。對于設(shè)計人員，這真是個好消息，但是有一點必須說明，以防止誤解。比起典型的機器使用壽命，電子技術(shù)的使用壽命提高更快。因此，任何不易于升級的機器都會相當(dāng)快地被淘汰。計算機硬件和軟件工程師避易就難地解決了這個問題：今天幾乎每個電子元件，都必須向后兼容，尤其是在工業(yè)機械中。
磁性材料
與控制器一樣，磁性材料在過去幾年里也有了很大改進(jìn)。更好的處理以及材料組成使稀土磁體具有更大的熱容量，使供貨商能夠以較低的成本生產(chǎn)更高功率的電機磁體。電機中的透過效應(yīng)意味著今天的大功率伺服電機和步進(jìn)電機比其以前的型號價格更合理。
圖2 一臺步進(jìn)電機相當(dāng)于一臺與電阻串聯(lián)的感應(yīng)器，因此，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流的增加需要時間，該時間常數(shù)限制了在任何給定電壓的速度，所以在給定的應(yīng)用中，可能需要較高的電壓以提高電機的速度
此外，對于給定的實際機架規(guī)格，由于制造工藝提高，制造商可以安裝比以前更多的繞組。這樣電機能夠產(chǎn)生（以及消除）更多熱量，而不使磁體性能劣化。對于給定的效率，在相同的空間里更多的散熱相當(dāng)于更大的功率和轉(zhuǎn)矩密度。
電機中使用的磁性材料包括釹(釹鐵硼化物)、釤鈷、鐵素體和磁鋼(鋁鎳鈷合金)。它們各有各的優(yōu)點，但前兩種能夠產(chǎn)生更高能量的磁體，生產(chǎn)更高效、更大功率的電機。實際上釹提供的能量，目前可以在溫度180℃以下的電機中使用。由于釹粉價格降低，并且由于磁體制造商采用了替代(注壓成型) 制造工藝，這種材料的性能會有很大改進(jìn)。
但是，在現(xiàn)有的電機設(shè)計中采用高能量密度磁體并非。這樣的磁體通常會增加鐵中的磁通密度，使外殼和電樞疊片飽和，增加鐵損。為了避免這個問題，許多制造商正在設(shè)計新的電機系列，減少電流汲取，提高工藝效率。避免飽和是關(guān)鍵，因為一旦鐵芯飽和，更大電流通常意味著只有用更多熱量和更低效率來實現(xiàn)給定的輸出。
更高功率的步進(jìn)電機
使用步進(jìn)電機還是伺服電機總是一個應(yīng)根據(jù)應(yīng)用情況來確定的問題。盡管根據(jù)以前的經(jīng)驗和舒適程度做出決策是很自然的，但是針對適當(dāng)?shù)墓ぷ鬟x擇適當(dāng)?shù)碾姍C（無論是步進(jìn)電機還是伺服電機），是更明智的做法。
一般而言，如果應(yīng)用需要高生產(chǎn)能力，高速性能或高帶寬以便進(jìn)行干擾校正，比如在機器主軸中，則應(yīng)選擇伺服電機。如果性能和速度要求一般，在副軸中，比如機器調(diào)整和設(shè)置，則步進(jìn)電機常常是更好的選擇。對于副軸，步進(jìn)電機是理想的選擇，因為它們更易于設(shè)計到控制系統(tǒng)中而且操作費用低。在大多數(shù)情況下，步進(jìn)電機不需要微調(diào)或反饋電路。由于其簡單性，它們也更不易于發(fā)生故障。
現(xiàn)代步進(jìn)電機還能比其前幾代產(chǎn)品產(chǎn)生更高的功率。一個原因在于微處理器目前可以位于步進(jìn)電機外殼內(nèi)，嚴(yán)格控制電流。轉(zhuǎn)子直徑增加是另一個原因，配備“超大尺寸”轉(zhuǎn)子的步進(jìn)電機每單位體積產(chǎn)生更大轉(zhuǎn)矩，以及更高的慣量。10：1負(fù)載與轉(zhuǎn)子慣性比對于步進(jìn)電機的尺寸確定是一個很好的經(jīng)驗法則，這也擴大了適合特定機架規(guī)格的應(yīng)用范圍。改善步進(jìn)電機性能的其他因素包括內(nèi)置反饋、微步進(jìn)以及移動結(jié)束阻尼。盡管大多數(shù)步進(jìn)電機是極其精確的開環(huán)運行，內(nèi)置反饋提供額外的精確性。微步進(jìn)是一種減少步長的工藝，在低速下產(chǎn)生較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，在高速下產(chǎn)生更高的分辨率。移動結(jié)束阻尼正如它的名稱所暗示的，減少穩(wěn)定時間，同時使精度。
現(xiàn)在的步進(jìn)電機可能還使用外部反饋，但與前幾年相比，原因是不同的。有一個時期用過編碼器，通過保持電流脈沖與軸交角同步幫助控制器避免失速。今天，這通常是不必要的，因為有運動電子裝置處理“失速檢測”。在使用反饋的地方，它有助于校正由于其他元件造成的未對準(zhǔn)問題，比如定位表中的誤差。也就是說，需要反饋的許多步進(jìn)電機應(yīng)用開始接近伺服系統(tǒng)的費用，在這種情況下，兩種系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點均應(yīng)考慮。
加大功率的伺服電機
比起步進(jìn)電機，伺服電機有兩個明顯的優(yōu)點：它們可以在廣泛的速度范圍上產(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩，而且是以小型成套裝置完成的。在過去幾年里，它們的價格也有了大幅度降低，主要是由于大量生產(chǎn)。
圖5 無刷直流電機常常使用霍耳效應(yīng)傳感器，在正弦整流運動中，加電時使用霍耳傳感器反饋以便在基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字編碼器反饋轉(zhuǎn)換到正弦整流之前測定整流順序，在六步傳動裝置中，霍耳傳感器反饋單獨測定整流
長期以來，微調(diào)問題曾經(jīng)是困擾伺服電機用戶的一大難題。實際上，有些伺服系統(tǒng)可以自動進(jìn)行微調(diào)并適應(yīng)任何機械系統(tǒng)而不降低性能。盡管伺服電機設(shè)計為高速運行，在精確控制下，它們也可以在極低的速度下運行，甚至低至0r/min。然而，在精度不成問題的地方，對于低速應(yīng)用，步進(jìn)電機通常是更經(jīng)濟的解決方案。一般而言，“低速”指低于1000 r/min。高于1000 r/min時，步進(jìn)電機轉(zhuǎn)矩開始下降，這是由于能量損失以及磁路時間常數(shù)的原因。相比之下，有類似轉(zhuǎn)矩的伺服電機在達(dá)到約2500～3000 r/min或以上之前轉(zhuǎn)矩不會下降。
其他因素，比如功率、轉(zhuǎn)矩和重復(fù)性決定在1000～3000 r/min之間的速度范圍內(nèi)使用何種電機，如1.5kW（2hp）以上時，通常使用無刷伺服電機；1.5kW（2hp）以下時，伺服電機和步進(jìn)電機性能趨向于重疊。在低速時，失速期間，或者保持負(fù)載時，對于給定的機架規(guī)格，步進(jìn)電機（配備超大尺寸轉(zhuǎn)子）比伺服電機能夠產(chǎn)生更高轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩使步進(jìn)電機在沒有齒輪箱或其他機械增益的情況下產(chǎn)生極其精確和剛性的低速運動。
在步進(jìn)電機靜止時，沒有運動。相比之下，啟用時，由于不斷的閉環(huán)誤差校正，伺服電機從來不靜止。伺服電機的這種“高頻振動”通常相當(dāng)于不超過幾個反饋計數(shù)，盡管在大多數(shù)應(yīng)用中不易察覺，在另一些應(yīng)用中卻是不可接受的。在重復(fù)性和分辨率被重視的地方，傳統(tǒng)上伺服電機的領(lǐng)域，現(xiàn)在可以考慮步進(jìn)電機了。要求負(fù)載必須是可預(yù)測的，或者只受到小外力的影響。此時，步進(jìn)電機（開環(huán)運行）比相當(dāng)?shù)乃欧姍C解決方案可以節(jié)省30%。
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