电机技术深度揭秘步进电机的精髓与魅力
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。这种简便且成本低廉的系统使得步进电机成为各种精密运动控制领域不可或缺的组成部分。
基本结构与工作原理
步进电机基本结构（如图1所示）
工作原理
步进驱动器根据外部提供的脉冲信号和方向指令，利用内部逻辑处理程序来管理两相或多相绕组，以确定何时正向或反向通流，使得输出轴按照预设模式进行旋转，或保持静止锁定。
以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组同时励磁时，输出轴保持静态并锁定位置。在适当流量下，该状态下的最大力矩称为保持力矩。如果其中一个绕组发生流向变化，则输出轴会顺着既定的方向沿一段距离（1.8度）旋转。而如果是另一个绕组产生流向变化则方向相反。随着每次变更线圈中励磁流的情况依次进行，可以实现连续、高精度地旋转，每完成一次完整周期需要200个脉冲。
两相步进motor有双极性和单极性两种形式：双极性设计只有一个线圈，而单极性设计有两个互补线圈。当使用双极性的驱动模式时，由于同一条线圈内励磁全程，因此该模式比单极性的性能提升约40%。
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 步進電機工作原理圖
特点：
• 精准位置控制：输入脉冲数量决定了输出轴移动角度，其误差微小且不累积。
• 精确速度：通过调整输入频率可以轻松调节并获得精确速度。
• 正向/反向轉動與急停功能：在整个速度范围内均可有效操控力矩与位置，并在锁定状态下仍保留一定力矩。
• 在低轉速條件下進行精確位置調節：無需齿轮箱，即可平稳运行并提供较大力的輸出，同时降低成本並節省空间。
• 長壽命設計：无刷设计保证了长期使用寿命，其主要因素是軸承质量。
振動與噪音問題：
當運行頻率接近於固有頻率時可能發生共振，導致失蹤現象。此問題可以通過避免共振區間、采用细分驱动模式等措施來解決。
結語：
在机械工程中，我们经常见到应用于同步带车轴以及滚珠丝杠车轴等场合，因为它们能将旋转运动翻译成直线运动而被广泛接受。此外，在打印设备、扫描仪、三维打印设备等生活中的电子产品中也广泛使用，以提高工作效率并获得高准确性的移动平台。
