导语：步进电机是一种独特的机电装置，它能直接将电脉冲转化为精确的机械运动。通过灵活地控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机转向、速度和旋转角度的细致调节。在不依赖闭环反馈控制系统的情况下，步进电机与其配套驱动器共同构成一个简便且成本效益高的开环控制系统，这使得它能够实现精确位置和速度控制。
基本结构和工作原理：
步进电机基础布局（如图1所示）
工作原理
步进电机驱动器根据接收到的外部信号，包括脉冲信号以及方向指令，并利用内部逻辑处理它们，以确定何时及如何激励绕组，使之产生力矩并引起旋转或保持静止。以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组同时通入励磁时，输出轴会固定并锁定当前位置；而当其中一相绕组发生变化，即改变了励磁方向时，输出轴将顺着既定的路径移动一步(即1.8度)。类似地，如果是另一相绕组出现变化，则输出轴会沿着与前者相反方向移动一步(同样为1.8度)。连续按此规则变换每个线圈中的励磁方向，便可实现连续精确旋转。此过程中，每完整循环需要200次操作。
两相步进有两种类型：双极性和单极性。一方面双极性型拥有单一线圈设计，每次旋转需八个电子开关进行交替切换来维持顺序；另一方面单极性的版本分为四个电子开关，只需交替使用两个相同极性的线圈来完成一次循环。这意味着双极模式下的输出力矩比单极模式提升约40%。
加速/减速运动管理：
双極電機
單極電機
圖 2 步進電機運作原理圖
特點：
• 精確位置調節
通過輸入脈衝數量來確定軸轉動角度，其誤差微小（小於十分之一度），且無累積。
• 高準確轉速
轉速由輸入頻率決定，可實現準確調節與方便調整，因而廣泛應用於各種運動控管領域。
• 正向/反向移動與急停功能
全範圍內都能有效對抗力矩與位置進行調節，並包含靜力矩。在鎖定狀態下（存在電流但沒有外部指令），仍維持一定力的輸出。
• 在低轉速條件下提供精准位置控管
無需齿轮箱就能在低轉速運行並產生較大力的輸出，而避免功率損耗、角位偏差降低成本並節省空間。
• 長壽命設計保證長期穩定運行
因為無刷設計，因此壽命主要取決於軸承。
振動與噪音問題解決方案：
A 避開振動區间
B 微分驅動方式
C 正弦波驅動方式
結論
在複雜多變的世界中，我们常常发现自己处于各种复杂环境中，但通过技术创新，如步進電機，我们可以从简单到复杂，从粗糙到精细，从无序到有序，将复杂任务简化，让生活更美好。
