导语：步进电机是一种独特的机电装置，它能够直接将电脉冲转换为机械运动。通过精确控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，步进电机可以实现对转向、速度和旋转角度的精确控制。在不使用闭环反馈控制系统的情况下，这种开环控制系统就能提供简便且低成本的解决方案。
基本结构和工作原理
步进电机的基本结构（如图1所示）
工作原理
步进电机驱动器根据外部输入的控制脉冲和方向信号，通过其内部逻辑来控制绕组，以一定时间间隔正向或反向通電，使得设备产生正向/反向旋转或者锁定。以1.8度两相步进电机为例，当两相绕组都通電励磁时，输出轴静止并锁定位置。在额定電流下保持力矩最大。如果其中一相绕组发生变向，则设备顺着既定的方向旋转一步(1.8度)。同样，如果是另外一项绕组发生变向，则设备会顺着与前者相反方向旋转一步(1.8度)。当依次按顺序变化线圈中的励磁时，便实现了连续旋转，并保证了高运行精度。
两相步进有两个不同的布局形式：双极性及单极性。双极性每个相只有一个线圈，而单极性每个相有两个互补的线圈。当使用双极性模式，每次只需四个电子开关切换，而单极性的情况则需要八个。这使得双極態比單極態在輸出力矩上具有40%提高。此外，在高速运算中，由于采用微分调制，可以减少噪声并提高效率。
加速/减速运动控制：
2 相(双極态)步進機器
2 相(單極態)步進機器
图 3 步進機器工作原理圖
特点：
精准位置控 制：依据输入脉冲数确定軸轉動角度，位置误差小至十分之一度，不累积。
精確轉速：通過調整頻率，可實現精確調節並方便操作。
正負轉動與急停及鎖定功能：在全速度範圍內有效地對應力矩與位置進行調節，並包括靜力矩。在鎖定的狀態下，即使無外部指令，也能維持一定力的輸出。
在低轉速條件下的準確位置控 制：無需齿轮箱調整，就能平穩運行並輸出較大的力矩，有助於避免功率損耗、角位偏差降低成本以及節省空間。
長壽命設計：由于無刷設計，減少磨损，有利於延長設備寿命，最终由於軸承而決定產品寿命。
振动与噪音问题：
一般來說，在空载情況下，如果運行頻率接近或等於固有頻率時會發生共振，這可能導致失去同步問題。而為了解決此問題，有以下幾種方法：
A 避開振動區域 - 避免讓設備運行在共振點附近；
B 采用细分驱动模式 - 透過调整励磁比例來提升分辨率，从而降低振动；这种方式不会增加实际移动距离，但可以让设备运行更加平稳，同时减少噪声。
结论：
作为一种经济实用的、高精度运动传递工具，步进电机会继续满足各种工业应用需求，无论是在机械设计中还是生活中的各类电子产品中，如打印头、扫描仪、三维打印等，它都扮演着不可或缺的一席之地。
