导语：步进电机是一种高效的、直接将电脉冲转化为机械运动的设备，它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，实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的精确控制。由于它不需要闭环反馈系统，可以组成一个简单、高效且成本较低的开环控制系统。
基本结构和工作原理：
步进电机基本结构（如图1所示）
图 1 步进电机基本结构图
工作原理
步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部逻辑电路，控制步进电子磁铁以一定时序正向或反向通電，使得输出轴静止并锁定位置。在额定条件下保持力矩最大。如果其中一项绕组发生变向，则输出轴顺着既定的方向旋转一步。同理，如果是另外一项绕组发生变向，则输出轴顺着与前者相反的方向旋转一步。当按顺序依次变向励磁时，便实现了连续旋转，每完成200步即可完成360度全周运动。
两相步进 电机有双极性和单极性两种形式。双极性每相只有一个线圈，需八个电子开关进行切换；单极性每相有两个互补线圈，只需四个电子开关。此设计使双极性的驱动模式比单极性的增加约40%力矩。
加速/减速运动控制：
双级(双极性)步进 电机
单级(单極)步進 電機
图 2 步進電機工作原理圖
特点：
• 精准位置控制：输入脉冲数量决定轴转动角度，有小于1/10度的小误差，不累积。
• 精确速度：轉速取决於輸入電脈衝頻率，可實現精確調節。
• 正逆轉動及急停功能：整个速度范围内有效地對力矩與位置進行調整。
• 在低轉速下精準位置：無需齿轮箱，即可在低轉速平稳運行並輸出較大力的矩。
• 長壽命使用：無刷設計長時間運行安全穩定。
振動與噪音問題解決方案：
A. 避開振動區間 - 保持工作頻率遠離固有頻率範圍內。
B. 微分驅動模式 - 將單個運動細分為多個子運動，以降低振動，並提高每個子運動之間的分辨能力。
小結：
在機械設計中，我們常見到用於同步帶軸或滾珠軸承等應用中的步進電機，因為不需要反饋系統，所以它們具有成本效益，並能夠獲得良好的精度。除了機器中的移動平台，在生活中也能發現其存在，如打印機、掃描儀、三維打印設備等。
