步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。其将电脉冲信号转变为角位移或线位移，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。

　　步进电机控制系统由步进电机控制器、步进电机驱动器、步进电机三部分组成，步进电机控制器是指挥中心，它发出信号脉冲给步进电机驱动器，而步进电机驱动器把接收到信号脉冲脉冲转化为电脉冲,驱动步进电机转动，控制器每发出一个信号脉冲，步进电机就旋转一个角度,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。控制器可以通过控制脉冲数量来控制步进电机的旋转角度，从而准确定位。通过控制脉冲频率控制步进电机的旋转速度。

　　通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。

　　当步进电机切换一次定子绕组的激磁电流时，转子就旋转一个固定角度即步距角。步距角一般由切换的相电流产生的旋转力矩得到，所以需要每相极数是偶数。步进电机通常都为两相以上的，当然也有一些特殊的只有一个线圈的单相步进电机。虽说单相，实为一个线圈产生的磁通方向交互反转而驱动转子转动。实用的步进电机的相数有单相、两相、三相、四相、五相。

　　步进电机分辨率（一圈的步数，360°除以步距角）越高，位置精度越高。为了得到高分辨率，设计的极数要多。PM型转子为N与S极在转子的铁心外表面上交互等节距放置，转子极数为N极与S极数之和，为简化讲解，假设极对数为1。此处确定转子为磁铁的步进电机的步距角θs由下式表示，其中Nr为转子极对数，P为定子相数，

　　步进电机需要使用专用的步进电机驱动器驱动，驱动器由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。功率驱动单元将脉冲发生控制单元生成的脉冲放大，与步进电机直接耦合，属于步进电机与微控制器的功率接口。

　　(1)反应式步进电机(VR)。反应式步进电机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。

　　当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

　　上面介绍那么多关于步进电机的知识，两相步进电机大家是不是感觉跟我们前几期介绍过的伺服电机功能上是否很相似呢，这里小编为您答疑解惑。

　　两相混合式步进电机步距角一般为1.8°，三相混合式步进电机步距角为1.2°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如运控生产的两相HM系列步进电机有步距角为0.9°，步进电机在使用细分驱动技术以后，控制精度得到提高，两相步进电机可以分辨的步数约为8000步/转，三相步进电机可以分辨的精度约为10000步/转。

　　步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其工作转速一般在0～900RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为1000~3000RPM）以内，都能输出额定转矩。

　　步进电机一般不具有过载能力，运控YK2M系列两相步进电机驱动器内置了电流采集和智能处理，过载能力也是很有限的。交流伺服电机具有2到3倍的速度过载和转矩过载能力，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。

　　步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。伺服电机是闭环系统，伺服驱动器可以自动修正丢失的脉冲，在堵转时也可以及时给控制器反馈，而步进电机是开环系统，必须通过足够的力矩余量来避免堵转。

　　步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要100～2000毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM短仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

　　综上所述，交流伺服系统在一些性能方面都优于步进电机，但是步进电机有其自身的特性，不会被完全取代。

　　1、 交流伺服精度略高于步进电机，但是大多数场合，步进电机的分辨率已经远高于机械要求的精度；

　　5、 前面提到了交流伺服电机的精度，大部分用户并不知道交流伺服电机在高分辨率低速度时会反复对位置，以至于出现微抖动，在一些极高精度的设上，两相步进电机比如精密玉石雕刻机，高精度低速机器人上，这样的抖动会造成圆弧上的锯齿，或者模糊。而特殊处理过的步进电机确可以解决这一问题，因为步进电机不会反复对齿。

　　步进电机控制齿轮泵也可以实现计量。齿轮泵在输送粘稠体方面得到了广泛的应用，例如糖浆、豆沙、白酒、油料、番茄酱等的输送。

　　横封轮每转一周的总时间与横封所需要的时间都是恒定的，要满足速度同步的要求，可以将步进电机一周内的转速分成两部分，一部分首先满足速度同步的要求，而另外空载的部分满足一周总时间的要求。为了实现良好的封口质量，还可以通过步进电机对横封轮实现非衡速的控制模式，就是在横封的每一点上都实现速度同步。

　　由于步进电机独特的优点，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号。

　　步进电机具有控制简单，功率大，维护容易，定位精度高，可靠性好，体积小，骄动系统多达32种选择。并且价格低，无累积位置误差，可自锁，控制成本低等特点而得到广泛应用，再加上利用现在比较成熟的微机技术中单片机的应用控制。可以轻松实现自动控制，以上特点完全符合微拖的要求。并且可以实现矿井提升系统的自动控制，实现无人值守提升系统。

　　当速度继续降至爬行速度时。通过控制电路切断主电动机动力制动电源，提升机改由步进电机拖动进行平稳的低速爬行。提升容器到达终点，进行卸载时，控制电路使电磁阀断电，步进电机与主机脱离，完成一次爬行过程，接下来进行下一周期的工作。通过改进，大大提高卸载时事故的发生率，提高煤矿生产的安全，并且为煤矿后来进行自动化生产建立基础。

　　许多汽车制动元件的检测，例如液压制动系中制动主缸助力器总成的检测，气压制动系中气制动阀的检测，在测试系统中需要用到电机推动滚珠丝杠来模拟在实际汽车制动时踩下制动踏板进行制动的过程，滚珠丝杠推动主缸或者制动阀使其达到汽车制动时所需要的各种工作状态，以便来测试各种性能。

　　步进电机通过联轴器驱动滚珠丝杠组成加力装置，力传感器安装在丝杠顶杆前端，用于测量步进电机输出力矩“被测试件输入力”的大小，数据经由A／D转换送工控机处理，工控机控制步进电机的启动、前进、后退、停止，并按测试程序控制前进和后退的速度，同时由位移传感器测量出步进电机的位移量，并将力和位移的相应数据通过显示器表示出来，根据相关行业标准来判断气制动阀的合格与否。

　　采用软件延时方式时，CPU一直被占用，CPU利用率低，这在许多场合是非常不利的。因此需要重新设计对步进电机的控制程序，采用PCL-812PG数据采集卡，利用812PG卡中自带可编程计数／定时器8254及其他逻辑电路器件设计一种步进电机控制方式，仅需要几条简单的指令就可以产生具有一定频率和数目的脉冲信号。

　　电机为工业发展不可缺少的一大要素，两相步进电机并扮演着重要的角色。电机的应用不仅在动力应用反面不断扩大，而且在控制领域的使用范围也在不断扩大。

　　随着控制电机重要性的增加，控制电机的使用量也逐年增加。步进电机是一种控制电机，不使用反馈回路，就能进行速度控制及定位控制，即所谓的电机开环控制，不使用反馈回路，其应用主要以处理办公业务能力很强的OA(Office Automation,办公自动化)机器和FA(Factory Automation工自动化)机器为核心，并广泛的应用于医疗器械、计量仪器、汽车、游戏机等。就数量来讲，OA机器方面的应用约占步进电机使用总数的75%。

　　另一方面，从驱动电路方面看，步进电机的发展与晶体管半导体元件的发展密不可分。1950年研制出二极管半导体，1964年开发出MOS半导体，1965年出现IC，1967年LSI使用化。特别是经过1950～1965年间半导体材料的高速发展，进入20世纪70年代，由于价格便宜，可靠性高的逻辑数字电路得到广泛应用，使步进电机的使用量急剧增加。

　　直线步进电动机的发展与计算机工业存在密切相关。自从直线步进电动机在计算机外围设中取代小型直流电动机后，其设的性能提高，促进了直线步进电动机的发展。

　　任何一款产品在成熟的过程当中，都是规格品种逐步统一简化的过程。现阶段直线步进电机的发展已归结为单段式结构的磁阻式、混合式与爪极结构的永磁式三类。爪极电机价格便宜，性能指标不高，混合式与磁阻式主要作为高分辨率电动机，由于混合式直线步进电动机具控制功率小，运行平稳性较好而逐步处于主导地位。

　　因此，当前有发展前景的当属混合式直线步进电机，而混合式电动机又向以下四个方向发展：

　　发展趋势之一，是继续沿着小型化的方向发展。随着电动机自身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，在57、42机座号的电动机应用了多年后，现在其机座号向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP近还研制出外径仅10mm的直线步进电动机。

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