一、步進電機和舵機及伺服電機的區(qū)別

步進電機：是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。簡單的說是靠電脈沖信號來控制角度與轉(zhuǎn)動圈數(shù)。所以說他只靠脈沖信號來決定轉(zhuǎn)動多少。因沒有傳感器，所以停止角度會有偏差。但是精確的脈沖信號則會將偏差減至最低。

伺服電機：靠伺服控制電路來控制電機的轉(zhuǎn)速，通過傳感器來控制轉(zhuǎn)動位置。所以位置控制十分精確。而轉(zhuǎn)速也是可變的。

舵機（電子舵機）：舵機的主要組成部分為伺服電機。其中包含伺服電機控制電路+減速齒輪組。哦，對了，伺服電機沒有減速齒輪組。而舵機有減速齒輪組。

如果是限位舵機，靠輸出軸下面的電位器來確定舵臂轉(zhuǎn)向角度。舵機信號控制是一種脈寬調(diào)制（PWM）信號，凡是微控制器能輕松的產(chǎn)生這種信號。

二、步進電機基本原理

工作原理：

通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。

發(fā)熱原理：

通常見到的各類電機，內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻，通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波，還會產(chǎn)生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機嚴(yán)重。

三、舵機的構(gòu)造

舵機主要是由外殼、電路板、驅(qū)動馬達、減速器與位置檢測元件所構(gòu)成。其工作原理是由接收機發(fā)出訊號給舵機，經(jīng)由電路板上的IC驅(qū)動無核心馬達開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達定位。位置檢測器其實就是可變電阻，當(dāng)舵機轉(zhuǎn)動時電阻值也會隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉(zhuǎn)動的角度。一般的伺服馬達是將細銅線纏繞在三極轉(zhuǎn)子上，當(dāng)電流流經(jīng)線圈時便會產(chǎn)生磁場，與轉(zhuǎn)子外圍的磁鐵產(chǎn)生排斥作用，進而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的作用力。依據(jù)物理學(xué)原理，物體的轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量成正比，因此要轉(zhuǎn)動質(zhì)量愈大的物體，所需的作用力也愈大。舵機為求轉(zhuǎn)速快、耗電小，于是將細銅線纏繞成極薄的中空圓柱體，形成一個重量極輕的無極中空轉(zhuǎn)子，并將磁鐵置於圓柱體內(nèi)，這就是空心杯馬達。

為了適合不同的工作環(huán)境，有防水及防塵設(shè)計的舵機；并且因應(yīng)不同的負(fù)載需求，舵機的齒輪有塑膠及金屬之區(qū)分，金屬齒輪的舵機一般皆為大扭力及高速型，具有齒輪不會因負(fù)載過大而崩牙的優(yōu)點。較高級的舵機會裝置滾珠軸承，使得轉(zhuǎn)動時能更輕快精準(zhǔn)。滾珠軸承有一顆及二顆的區(qū)別，當(dāng)然是二顆的比較好。目前新推出的FET舵機，主要是采用FET（FieldEffectTransistor）場效電晶體。FET具有內(nèi)阻低的優(yōu)點，因此電流損耗比一般電晶體少。

四、舵機工作原理

由pwm波進入內(nèi)部電路產(chǎn)生一個偏置電壓，觸發(fā)電機通過減速齒輪帶動電位器移動，使電壓差為零時，電機停轉(zhuǎn)，從而達到伺服的效果。

舵機PWM的協(xié)議都是相同的，但最新出現(xiàn)的舵機可能不一樣

協(xié)議一般為：高電平寬度在0.5ms~2.5ms控制舵機轉(zhuǎn)過不同的角度

例如某一型號如下：

對于不同的型號可以查找相關(guān)的舵機文檔

分析：

在此以工作頻率為50HZ，即周期為20MS的futabas3003舵機，和51單片機為主控芯片進行詳細程序編寫分析：

有上圖可知：不同寬度的脈沖可以產(chǎn)生不同的角度輸出，可以利用定時器和IO口模擬產(chǎn)生PWM波，通過定時控制占空比從而達到角度的控制，理論上計算51可以產(chǎn)生us級別的脈沖，180/2000us=0.09，可以達到0.1左右的精度。

五、伺服電機的工作原理

如下圖所示是一種采用功率運算放大器LM675制成的伺服電動機控制電路，電動機采用直流伺服電動機。從圖可見，功率運算放大器LM675由15V供電，15V電壓經(jīng)RP1加到運算放大器LM675的同相輸入端，LM675的輸出電壓加到伺服電動機的輸入端。電動機上裝有測速信號產(chǎn)生器，用于實時檢測電動機的轉(zhuǎn)速。實際上測速信號產(chǎn)生器是一種發(fā)電機，它輸出的電壓與轉(zhuǎn)速成正比。測速信號產(chǎn)生器G輸出的電壓經(jīng)分壓電路后作為速度誤差信號反饋到運算放大器的反相輸入端。速度指令電位器RP1設(shè)定的電壓值經(jīng)R1.R2分壓后加到運算放大器的同相輸入端，相當(dāng)于基準(zhǔn)電壓。

伺服電動機的控制原理圖

伺服電動機用字母M表示伺服電動機，是驅(qū)動系統(tǒng)的動力之源。運算放大器：用電路名稱表示，即LM675，是伺服控制電路中的放大器件，為伺服電動機提供驅(qū)動電流。

速度指令電位器RP1：在電路中設(shè)定運算放大器的基準(zhǔn)電壓，即速度設(shè)定。放大器增益調(diào)整電位器RP2：在電路中分別用于微調(diào)放大器的增益和速度反饋信號的大小。

當(dāng)電動機的負(fù)載發(fā)生變動時，反饋到運算放大器反相輸入端的電壓也會發(fā)生變化，即電動機負(fù)載加重時，速度會降低，測速信號產(chǎn)生器的輸出電壓也會降低，使運算放大器反相輸入端的電壓降低，該電壓與基準(zhǔn)電壓之差增加，運算放大器的輸出電壓增加。反之，當(dāng)負(fù)載變小、電動機速度增加時，測速信號產(chǎn)生器的輸出電壓上升，加到運算放大器反相輸入端的反饋電壓增加，該電壓與基準(zhǔn)電壓之差減小，運算放大器的輸出電壓下降，會使電動機的速度隨之下降，從而使轉(zhuǎn)速能自動穩(wěn)定在設(shè)定值。