步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的控制電機(jī)。它的旋轉(zhuǎn)以一個(gè)固定的角度(稱為“步進(jìn)角度”)一步一步地進(jìn)行。其特點(diǎn)是無累積誤差(精度為100%)，因此廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制中。步進(jìn)電機(jī)必須由電子設(shè)備驅(qū)動(dòng)，即步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它將控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者每次控制系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就通過驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)一個(gè)步進(jìn)角度。因此，步進(jìn)電機(jī)的速度與脈沖信號(hào)的頻率成正比。因此，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率可以精確地給電機(jī)速度；通過控制步進(jìn)脈沖的數(shù)量，可以精確定位電機(jī)。通過驅(qū)動(dòng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器減小步進(jìn)電機(jī)的步距角。例如，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，步距角僅為“電機(jī)固有步距角”的十分之一，也就是說，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在無細(xì)分的全步距狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出步距脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8；細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10個(gè)細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只旋轉(zhuǎn)0.18，這是細(xì)分的基本概念。細(xì)分功能完全由驅(qū)動(dòng)器通過精確控制電機(jī)相電流產(chǎn)生，與電機(jī)無關(guān)。

細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)(尤其是無功電機(jī))的固有特性，細(xì)分是消除低頻振蕩的唯一途徑。如果你的步進(jìn)電機(jī)有時(shí)工作在共振區(qū)(比如走圓弧)，那么選擇細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是唯一的選擇。提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。特別是三相無功電機(jī)，轉(zhuǎn)矩比不細(xì)分時(shí)提高30-40%左右。提高了電機(jī)的分辨率。提高電機(jī)的分辨率是不言而喻的，因?yàn)椴竭M(jìn)角度減小，步進(jìn)均勻性提高。

以上是步進(jìn)電機(jī)的基本原理。接下來，總結(jié)了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)和選型的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：

　　選擇保持轉(zhuǎn)矩（HOLDINGTORQUE）

保持扭矩，也稱為靜態(tài)扭矩，是指步進(jìn)電機(jī)通電但不旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子鎖定轉(zhuǎn)子的扭矩。由于步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩接近于保持轉(zhuǎn)矩，且步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨著速度的增加而迅速衰減，輸出功率也隨著速度的增加而變化，因此保持轉(zhuǎn)矩是衡量步進(jìn)電機(jī)負(fù)載能力的重要參數(shù)之一。例如，當(dāng)通常不加解釋地提及1Nm的步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可以理解保持轉(zhuǎn)矩為1Nm.

　　選擇相數(shù)

兩相步進(jìn)電機(jī)成本低，步距角至少1.8度，低速時(shí)振動(dòng)大，高速時(shí)轉(zhuǎn)矩下降快，適用于對精度和穩(wěn)定性要求不高的高速場合；三相步進(jìn)電機(jī)的步距角至少為1.5度，振動(dòng)小于兩相步進(jìn)電機(jī)，低速性能優(yōu)于兩相步進(jìn)電機(jī)，速度比兩相步進(jìn)電機(jī)高30-50%，適用于對精度和穩(wěn)定性要求高的高速場合。五相步進(jìn)電機(jī)的步距角較小，低速性能優(yōu)于三相步進(jìn)電機(jī)，但成本較高，適合精度和穩(wěn)定性要求較高的中低速級(jí)。

　　選擇步進(jìn)電機(jī)

我們要遵循先選電機(jī)再選驅(qū)動(dòng)器的原則，先明確負(fù)載特性，然后通過比較不同類型步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩-頻率曲線，找到匹配負(fù)載特性的步進(jìn)電機(jī)；當(dāng)精度較高時(shí)，應(yīng)采用機(jī)械減速裝置，使電機(jī)工作在效率高、噪音低的狀態(tài)；避免使電機(jī)在振動(dòng)區(qū)域工作，必要時(shí)通過改變電壓、電流或增加阻尼來解決；電源電壓方面，建議57臺(tái)電機(jī)采用DC 24V-36V，86臺(tái)電機(jī)采用DC 46V，110臺(tái)電機(jī)采用比DC高80V的DC。大慣性矩載荷應(yīng)選用機(jī)架尺寸較大的電機(jī)；當(dāng)慣性負(fù)載大，工作速度高時(shí)，電機(jī)應(yīng)逐漸提高頻率和速度，防止電機(jī)失步，降低噪音，提高停機(jī)時(shí)的定位精度；鑒于步進(jìn)電機(jī)的扭矩一般在40Nm以下，超過這個(gè)扭矩范圍，運(yùn)行速度大于1000轉(zhuǎn)/分，應(yīng)考慮伺服電機(jī)。一般來說，交流伺服電機(jī)可以正常運(yùn)行在3000轉(zhuǎn)/分，DC伺服電機(jī)可以正常運(yùn)行在10000轉(zhuǎn)/分。

　　選擇驅(qū)動(dòng)器和細(xì)分?jǐn)?shù)

好不要選擇全階狀態(tài)，因?yàn)槿A狀態(tài)震動(dòng)很大；盡量選擇電流小、電感大、電壓低的驅(qū)動(dòng)器；為了獲得良好的高速性能，應(yīng)使用較高工作電流的驅(qū)動(dòng)器、需要低振動(dòng)或高精度時(shí)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器以及高扭矩電機(jī)的高壓驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速通常較高，對精度和穩(wěn)定性要求不高時(shí)，不必為了節(jié)約成本而選擇細(xì)分?jǐn)?shù)高的驅(qū)動(dòng)器；在電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度通常很低的情況下，應(yīng)選擇較大的細(xì)分?jǐn)?shù)，以保證運(yùn)行平穩(wěn)，減少振動(dòng)和噪聲；總之，在選擇細(xì)分?jǐn)?shù)時(shí)，要綜合考慮電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度、負(fù)載扭矩范圍、減速器設(shè)置、精度要求、振動(dòng)和噪聲要求。