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化为精确的机械运动。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其转向、速度和旋转角度的高精度控制，而无需复杂的闭环反馈系统。此外，由于不依赖于位置感应，步进电机与其配套驱动器共同构成了一个简单且成本效益高的开环控制系统。
基本结构和工作原理：
步进电机结构（如图1所示）
工作原理
步进驱动器根据输入的控制脉冲和方向信号，以及内部逻辑处理，从而控制两相或四相绕组以一定时序进行正向或反向通電。这导致了步進電機沿著既定的方向旋轉一小段距离——通常是1.8度。在额定条件下，这样的操作允许保持最大力矩并锁定位置。如果其中一相绕组发生变换，则该方向下的输出轴会顺着既定的路径移动一步( 1.8 度)。同样，如果另一项绕组发生变换，则它会按照前者的逆方向移动一步( 1.8 度)。当按顺序依次改变线圈绕组中的励磁时，便能实现连续、高精度旋转，并且每个完整回合需要200个步骤。
两相步進電機有兩種配置：双极性和单极性。双极性版本只有一个线圈，每次必须在同一个线圈中更改励磁，以便连续运行；单极性版本则拥有两个彼此互补的线圈，只需交替激活这两个来完成相同效果。在双极性模式下，由于励磁完全覆盖，因此输出力矩比单极性的增加了约40%。
加速/减速运动控制：
双极性2 相步進電機
单极性2 相歩進電機
图 2 步進電機工作原理
特点：
精准位置控制
通过输入指令中的脉冲数目确定轴体转动角度，其误差非常微小（少于十分之一度），且不会累积。
精确转速调节
由输入频率决定，可以实现精确调节及方便使用。
正向/反向/急停及锁定功能
在整个速度范围内都能有效地操控力矩以及位置，同时包括静止状态下的稳定锁定，在没有任何外部指令的情况下仍然提供稳定的力矩输出。
在低速条件下的平稳运行与大力矩输出
由于不需要齿轮箱调整，即可在较低速度下维持平稳运行同时产生较大的力矩，有助于避免功率损耗以及角位偏差，同时降低成本，占用空间更少。
长寿命保证
无刷设计使得长期使用更加可靠，主要寿命因素取决于轴承健康状况。
振动与噪音：
共振现象可能出现，当电子设备接近或等於固有频率时。当空载运行时，如果设置错误，将引发失同步问题。一种解决方案是避免共振区间，一种另一种方法是在细分模式中提高分辨率，使得电子设备能够更加平滑地执行任务。此外，还可以调整相对当前负载比来进一步优化性能，但这一做法也会影响到总体性能的一些方面。
结论：
随着技术不断发展，我们越来越多地利用这些设备，比如用于同步带轮轴以达到直线运动，也常见用于滚珠丝杠轴以达成直行运移。由于它们不需要反馈系统，所以最显著优势就是经济实用并且获得了很好的准确程度。而除了工业应用场景之外，它们也广泛存在生活日常，如打印机、扫描仪、三维打印等各种应用中，为我们提供了一系列高效灵活的手段去处理数据信息。
