步进电机、伺服电机、舵机的原理和区别？

Einstein

请大牛帮忙系统的科普一下，虽然百度上也能搜到一些，但总感觉不是很专业和形象，希望万能的知乎能够用图文比较的方式解释一下原理和区别，谢谢了！

顺便问一下，他们三比较准确的英文分别是什么？
步进电机，Stepping Motor
伺服电机，Servo motor
舵机，也是Servo？这里有点搞不清楚，舵机和伺服电机的英文是同一个？

下面是百度搜到的信息：
【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。简单的说是靠电脉冲信号来控制角度与转动圈数。所以说他只靠脉冲信号来决定转动多少。因没有传感器，所以停止角度会有偏差。但是精确的脉冲信号则会将偏差减至最低

伺服电机：靠伺服控制电路来控制电机的转速，通过传感器来控制转动位置。所以位置控制十分精确。而转速也是可变的。

舵机（电子舵机）：舵机的主要组成部分为伺服电机。其中包含伺服电机控制电路+减速齿轮组。哦，对了，伺服电机没有减速齿轮组。而舵机有减速齿轮组。
如果是限位舵机，靠输出轴下面的电位器来确定舵臂转向角度。
舵机信号控制是一种脉宽调制（PWM）信号，凡是微控制器能轻松的产生这种信号】

bjhuige

讲一下普通电机，减速电机、步进电机，舵机伺服电机指的是直流电的微型电机，平常我们接触到的也以直流电的居多。
普通电机    普通电机是我们平时间的比较多的电机，电动玩具，刮胡刀等里面都有，一般为直流有刷电机。这种电机有转速过快，扭力过小的特点，一般只有两个引脚，用电池的正负极接上两个引脚就会转起来，然后电池得正负极再相反的接在两引脚上电机也会向反转。
减速电机    减速电机就是普通电机加上了减速箱，这样便降低了转速，增加了扭力，使得普通电机有的更广泛的使用空间。
步进电机       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。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，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。可以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，从而达到调速的目的。
舵机    舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的  IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。  　 　厂商所提供的舵机规格资料，都会包含外形尺寸(mm)、扭力(kg/cm)、速度(秒/60°)、测试电压(V)及重量(g)等基本资料。扭力的单位是  kg/cm，意思是在摆臂长度 1 公分处，能吊起几公斤重的物体。这就是力臂的观念，因此摆臂长度愈长，则扭力愈小。速度的单位是 sec/60°，意思是舵机转动  60°所需要的时间。伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
伺服电机 　  　伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。  　  　直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

工业上现在用的最多的可能是伺服控制吧！

• 伺服控制原理主要是基于三环控制：
  

• 位置环：比较检测信号与给定值，输出速度环的指令速度，使执行件位置与指令位置一致。
  
• 速度环：根据位置环的指令速度快速而准确控制电机，使得其不受负载影响，并快速跟踪指令速度的变化。
  
• 电流环：根据速度环的指令电流快速而准确控制电机。
  

伺服控制原理图如下：

2. 步进电机只能在实验室做做Demo架，做做小实验用下。
3. 直流电机在一般精度要求不是很高的场合用的较多，分为无刷直流电机和有刷直流电机：无刷电机输出扭矩小，有刷电机输出扭矩大。现在直流电机一般订做电机的扭矩可以达到很大，一般不用再加减速机升扭矩，对于精度要求不是很高的场合，加些接近开关、限位开关可以满足工况和要求，成本可以大大降低！

bjhuige

步进电机
他的优势在于角度控制，一个脉冲就偏转一个固定的角度，固定角度可调，可以引入反馈。
但是扭力较小，连续快速旋转不稳定。

伺服电机
优势在于低精度的步进控制和较大的扭力。可以控制旋转圈数。本身一般自带pid调制器，可以加入闭环，半闭环控制调整。
扭力大！！转速快！！

舵机
常常出现在小型机械器件中，扭力较小，可以活动的角度范围较小。调整角度较慢，精度一般，可以加入反馈调整。

布丁丫丫

@冷哲 已经讲得很清楚了，因为之前供职于国内一家大型电机厂商的HR 部门,对电机有一定的了解，所以我还是要补充几点。


1、步进电机。不论是异步、永磁、混合步进电机原理，各位讲得很细了，但是步进电机的缺点也很明显，比如低频、过载能力方面的问题，而且最重要的问题是，它是开环控制的。打个比方，你家电风扇的电机可以是步进电机的，这样，当你断开电源时，因为惯性，它还会转，这就是开环控制，即便今天能够做出0.75度电机，但是开环终究是开环，无法克服升降速的问题来满足精确控制。
原理方面:举个外行容易理解的例子，磁铁通常是异性相吸，同性相斥的，而电是可以生磁的，那么我们通过控制电流方向就可以控制磁极了，那么我们利用斥力，就可以实现物体间的移动了。

2、伺服电机。伺服的出现就是为了克服步进电机的控制问题，交流伺服系统是闭环控制，其驱动器可以通过对编码器的信号采样来进行控制，这样就很容易克服步进电机在爬升减速方面的问题，所以一般不容易出现丢步和过冲现象。而且负载方面也有一定提升。你可以对比两种电机的图对比，伺服的线明显要平稳。
伺服原理:就是在步进电机上加驱动器，编码器这些智能控制的部分，就可以实现有效的闭环控制，但是呢，成本就增加了。

3、舵机，它并不是一种和步进伺服并列的电机，你可以说它是伺服电机的一种，接触的最多的是用于航模上，不同的是，它是伺服适用于航模上的一种改装型，目的是适应环境，比如IP等级，比如扭力要求等等。


从出货量来看，步进>伺服>舵机
从单机价格来看，步进最便宜，伺服一部分比舵机便宜，但还是相当一部分比舵机贵，取决于应用环境。


无论步进，还是伺服，都属于小型微型电机，更小应该还有一种叫空心杯电机，主要用于手机等3C产品中。微型小型电机是日本厂商的天下，国内也有一些民营企业在努力。电机还有大型，超大型，用处很多，国内基本被国企垄断。


哦，对了，电机可能还有外行人不知道是什么，它的另一个别称叫马达。

Einstein

形象一点的话，简单打个比方吧！将电动系统比作机械系统。
     定子就是主动轮，转子就是从动轮，电磁力就是传动媒介。（实际上应该说是定子磁链和转子磁链）。
     伺服电机（舵机）的媒介就像一个皮带，简单粗暴，连续性好，但起动和重载时会打滑（转速差或失步），所以转速信号需要一个传感器来计量；

     步进电机的媒介就像一个链条，因为齿和齿啮合的很好，稳定运行不打滑，不用传感器亦可以通过计算得到位置信号；

    那么他们的区别是什么呢，除了结构，其实并没有什么区别，只是因应用场景不同而不同，在需要高速大转矩运行的场合，用伺服，其余的可以考虑步进。你问为啥？显然链条都摩擦掉了（无功）。
    就像你要赶路的时候要跑，要测距的时候要走，那走和跑真的有区别么。

贾晗静、

伺服电机分为直流伺服电机，交流伺服电机，步进电机。直流伺服电机又分为有刷直流伺服电机和无刷直流伺服电机。


直流有刷伺服电机在对调速性能要求较高的场合应用较广，但其电刷与换向器较易磨损，换向器换向时还会产生火花，因此最高速度受到限制。

交流伺服电机特别是鼠笼式感应电动机无上述缺点，其转子惯量较直流小，动态响应好，在同体积下交流电机输出功率比直流电机大。

直流无刷电机（即空心杯电机）也弥补了这一点，它最大的特点是无铁芯，消除了铁芯带来的涡流损耗，重量和转动换量大幅度降低，因此具有能量利用率高，响应迅速，转速稳定，质量轻等特点。

而步进电机虽然与伺服电机一样都采用脉冲和方向进行控制，但与伺服电机最大的区别是其为开环控制，容易出现失步现象，且低速特性较差，适用于对精度要求不高的场合。

舵机其实还是伺服电机，通过控制占空比达到角度控制，没有严格PID控制，属于低端伺服电机。

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对于伺服电机的定义的确有多种，有某教材将伺服电机成为“控制电机”，认为控制电机与普通电机的区别在于控制电机着眼于精度、动态响应能力，而普通电机着眼于输出性能指标。

对于题主的问题，我个人倾向于认为伺服电机与步进电机、舵机并不是一个概念的分类。

步进电机和感应电机、交流电机这种分类属于按原理分类；
舵机是电机应用在特定领域的形象性代称；
伺服电机与非伺服电机的区别应当在于是否闭环控制，即servo一词的意义。

shensenrr

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277966701

伺服电机：靠伺服控制电路来控制电机的转速，通过传感器来控制转动位置。所以位置控制十分精确。而转速也是可变的。舵机（电子舵机）：舵机的主要组成部分为伺服电机。其中包含伺服电机控制电路+减速齿轮组。伺服电机没有减速齿轮组，而舵机有减速齿轮组 。
之前有使用过一款磁编码器，就是用在电机上的，还可以定制电机外壳和后座，感觉挺好，题主可以去交流下：AS5145B-HSST磁编码器 电机磁编码器 STM32程序