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，步进电机能够实现对转向、速度和旋转角度的精确控制，无需闭环反馈系统即可实现高效位置和速度控制。
基本结构与工作原理：
步进电机的基础构造（如图1所示）
工作原理
步进驱动器利用外部信号进行逻辑处理，并通过内部逻辑模块来管理步进电机的绕组，以确定何时正向或反向通電，从而达到旋转或锁定目标。
以1.8度两相步进电机为例，当两相绕组同时励磁时，输出轴保持静止并锁定当前位置。在额定条件下，这个状态可以维持最大力矩。如果其中一相绕组发生了逆变，则按照既定的方向执行一个小幅度移动(1.8度)。同样，如果是另一项绕组发生逆变，则朝着与前者相反方向移动相同距离。当依次改变每个线圈中的励磁流程，直至完成整个循环，步进设备便能持续、高精度地进行连续旋转。
两相步进有两种类型：双极性和单极性。双极性仅使用一个线圈，每次连续旋转需要在同一线圈内交替变化励磁流；而单极性的设计则包括两个具有不同极性的线圈，在轮廓上交替激活以获得输出力矩。在双极性模式中，由于所有线圈都全力励磁，因此该模式提供约40%比单极性的最高输出力矩。
加速/减速运动控制：
2 相(双极性)步進電機
2 相(單極性)步進電機
图 3 步進電機運作原理圖
特点：
• 精准位置调控：输入脉冲数量决定轴体所产生角度误差小到几乎不可察觉，不累积。
• 精确轉速調整：轉速由輸入頻率決策，可實現準確調節與方便操作。
• 正負轉動及急停功能：於整個速度範圍內有效調節力量與位置，並且在不產生外部指令的情況下維持固定力量。
• 在低轉速情況下的精確位置調控：無需齿轮箱即可進行平穩運行並產出較大的力量，減少成本與空間需求，同时降低噪音問題。
• 長壽命設計：無刷設計延長其使用壽命，其壽命通常取決於軸承健康狀態。
振动与噪音问题：
當輸入頻率接近或等於固有频率時，即會發生共振。此問題可以通過避開共振區域或者采用细分驱动模式來解决。细分驱动会使得原本的一歩被细分為多个微小调整，从而提高了设备的每一步解析能力，有助于减少颤抖。这通常通过调整相间流体比来实现，并不会增加实际位移精确度，但却能让运行更加平稳且声音更柔和。一般来说，在半歩运行时，力的大小会比整歩情况下的小15%，当采用正弦波流体控制时，该值将进一步降低30%。
总结：
在现代机械设计中，我们经常遇见用于同步带轴或滚珠丝杠轴等应用场景的手段之一就是利用这种技术手段，将旋转运动转换为直线运动，因为它不需要反馈系统，所以经济实用并且能够得到很好的性能。但除了这些专业领域之外，这种技术也广泛存在于我们的日常生活，如打印头、扫描仪、摄像头、三维打印机以及自动银行取款器等众多场合中，为我们提供了无缝、高效的服务体验。
