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其转向、速度和旋转角度的精确控制，无需闭环反馈控制系统即可实现高效的开环控制。这种简便且低成本的设计使得步进电机成为许多应用领域中不可或缺的一部分。
基本结构与工作原理
步进电机结构（如图1所示）
工作原理
步进驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过内部逻辑进行处理，从而决定何时、何处通入正负励磁，使得绕组产生力矩并引起旋转或者保持静止。在以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组都有励磁时，输出轴会保持静态位置；如果其中一相绕组改变励磁方向，则按照既定的顺序产生一定角度的旋转。如果另一相绕组也发生变化则反向旋转，这样连续变换，每次0.9度，可以实现精密移动。对于1.8度两相步进每完成一个完整周期需要200个步骤。
两相步行有双极性和单极性形式。双极性仅使用一个线圈，而单极性采用两个交替使用。一系列八个电子开关用于双极性的操作，而四个足够于单极性的模式。此外，由于双侧完全激发，因此在双侧模式下获得约40%增强力矩。
加速减速运动
双端(双極)進動電機：
单端(單極)進動電機：
图2展示了工作原理
特点：
• 精准位置调节：输入脉冲数值确定轴位角，对误差小至十分之一度，不累积。
• 精确速度调节：依赖输入频率，可实现精确调节及方便调整。
• 正反轉，急停及锁定功能：全速度范围内有效地操控力矩與位置，即使在锁定状态亦能输出力矩。
• 低速条件下的精准位置調節：无需齿轮箱，即可於低轉速平稳運行，並輸出較大力的矩，以避免功率損耗並減少誤差，同时降低成本與空间需求。
• 長壽命設計：無刷設計確保長期穩定運行，其壽命取決於軸承。
振動與噪音問題：
一般來說，在空载狀態下，如果頻率接近或等於轉子固有頻率會發生共振，有時會導致失蹤現象。而解決方案包括避開共振區域，以及通過微分驅動將一個運動細分為多個小運動來提高準確度，這可以通過調整電流比實現。此外，可以通過正弦波電流進行調整以降低噪音。但是這樣做可能會導致30%之間的力量減少。
總結：
在機械設計中，我們經常用到這種設備，比如同步帶軸或滾珠丝杠軸。我們生活中的許多地方也有它們存在，如打印機、掃描儀、攝像頭以及ATM機等等。
