伺服电机与步进（step）电机，在进行位置控制的应用中看似是彼此的替代方案。它们之间的区别不仅仅是价格；控制理念、力矩特性以及故障时的响应从根本上就有所不同。正确的选择要根据应用对速度、精度与可靠性的需求来做。
基本工作差异：开环与闭环
步进电机在其经典用法中是开环的。驱动器发送一定数量的脉冲（pulse），电机每接收一个脉冲便转过一个固定角度。系统不验证电机是否真正转动——没有反馈。如果负载过重或加速过猛，电机会丢步，位置永久性地偏移。控制器无法察觉这一点。
伺服电机始终是闭环的。电机上的编码器持续向驱动器报告真实位置。驱动器测量目标与真实位置之间的差（误差），并据此调整电流。当负载增大时，系统通过抽取更多电流来作出响应；不会发生位置丢失。如果电机无法保持目标，驱动器会产生过大偏差（following error）报警——也就是说，误差不会悄无声息地积累，而是会被通告。
仅这一区别，就在很大程度上决定了两种技术的应用领域。
力矩-转速特性
步进电机的力矩在低转速下最高，随着转速上升而迅速下降。在高转速下可用力矩大幅减小；因此步进电机通常在低速与中速范围内运行。
在伺服电机中，力矩直到额定转速为止大致保持恒定。在额定转速以上进入恒功率区，力矩减小。此外，伺服电机可在短时间内输出其额定力矩的数倍；这一“峰值力矩”能力在需要快速加速的循环中起决定作用。
步进电机没有这样的峰值力矩储备——电机无法超出其样本中的曲线。
发热与能耗
步进电机在停止时也抽取满电流；即使不运动也会发热。这在持续通电停放的轴上意味着一种热负荷。
在伺服电机中，所抽取的电流与所需力矩成正比。空载停止时电流很低。在长循环以及工作温度高的环境中，这一差异很重要。
精度与分辨率
步进电机的基本步距角来自其机械结构；通过微步（micro stepping）将该角度以电气方式细分。微步提高分辨率，但不会以相同比例提高精度：在微步位置上保持力矩下降，位置可能因机械负载的影响而偏移。
在伺服中，分辨率由编码器决定，并借助闭环持续修正真实位置。借助高分辨率编码器，可实现非常精细的定位。
振动与共振
步进电机因逐步运动，其本质上会产生振动。在特定转速范围内可能进入共振并出现力矩损失；微步与机械阻尼可减小这一影响，但无法完全消除。
伺服电机因以持续电流控制旋转，其运动更平滑。在加工精密表面或对振动敏感的应用中，这可能起决定作用。
闭环步进电机
作为一种折中方案，也有加装了编码器的步进电机。编码器检测丢步，驱动器补偿损失。这一结构降低了丢步风险，并通过按负载降低电流改善发热。但力矩-转速曲线仍然是步进电机的；高转速下的力矩问题与缺乏峰值力矩储备依然存在。
成本与系统复杂度
步进电机系统通常成本更低：电机、驱动器与布线更简单，没有编码器及相关电缆，调试时不需要调整（tuning）。
在伺服系统中，电机、驱动器、编码器电缆与调整过程增加了成本。相应地，可以用更小的电机完成同样的工作、缩短循环时间并确保位置可靠性。
哪种用于哪类应用
步进电机可能适用：
- 负载与摩擦确定、不变
- 在低速与中速下运行
- 没有循环时间压力
- 位置丢失的后果可容忍，或可频繁进行参考归位
- 成本优先，轴数量多
需要伺服电机：
- 负载可变或有冲击
- 要求高转速与快速加速
- 循环时间关键
- 位置丢失会造成生产缺陷或设备损坏
- 需要轴间同步（电子齿轮、凸轮）
- 要求力矩或力的控制
对比表
| 特性 | 步进电机 | 伺服电机 | |—|—|—| | 控制 | 开环（有闭环选项） | 闭环 | | 反馈 | 无 / 可选 | 标配 encoder | | 丢步 | 可能，且不被检测 | 无；偏差以报警通告 | | 高转速下的力矩 | 明显下降 | 直到额定转速保持恒定 | | 峰值力矩储备 | 无 | 有 | | 停止时的电流 | 满电流，发热 | 按负载偏低 | | 振动 | 更高 | 更低 | | 调试 | 无需调整 | 需要控制回路调整 | | 成本 | 更低 | 更高 |
结论
决策点往往是这样一个问题：位置丢失时会发生什么？如果其后果可以容忍且没有速度压力，那么步进电机是合理的解决方案。如果位置必须得到保证、负载可变，或循环时间吃紧，则选择伺服系统。
相关产品系列：伺服电机、伺服驱动器、步进电机、编码器、伺服套装
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