步進(jìn)電機(jī)也叫步進(jìn)器，利用電磁原理將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

早在20世紀(jì)20年代，人們就開始使用這種發(fā)動機(jī)。隨著嵌入式系統(tǒng)(如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動器、玩具、雨刷、振動尋呼機(jī)、機(jī)械臂、錄像機(jī)等)的日益普及。)，步進(jìn)電機(jī)的使用也爆炸了。無論在工業(yè)、軍事、醫(yī)療、汽車還是娛樂領(lǐng)域，只要需要將物體從一個(gè)位置移動到另一個(gè)位置，步進(jìn)電機(jī)就一定會派上用場。步進(jìn)電機(jī)有很多種形狀和尺寸，但不論形狀和尺寸，都可以歸為兩類：變磁阻步進(jìn)電機(jī)和永磁步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)由纏繞在電機(jī)固定部分定子齒槽上的一組線圈驅(qū)動。通常情況下，纏繞成圓形的導(dǎo)線稱為螺線管，而在電機(jī)中，纏繞在齒上的導(dǎo)線稱為繞組、線圈或相。

步進(jìn)電機(jī)加減速過程控制技術(shù)

由于步進(jìn)電機(jī)的廣泛應(yīng)用，對步進(jìn)電機(jī)控制的研究也越來越多。啟動或加速時(shí)，如果步進(jìn)脈沖變化過快，轉(zhuǎn)子由于慣性跟不上電信號的變化，導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)或失步。停車或減速時(shí)，可能會導(dǎo)致過步。為了防止堵轉(zhuǎn)、失步和過步，提高工作頻率，需要控制步進(jìn)電機(jī)的速度。

步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。其角速度與脈沖頻率成正比，并與脈沖在時(shí)間上同步。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)拍數(shù)恒定時(shí)，僅通過控制脈沖頻率就可以獲得所需的速度。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是靠其同步轉(zhuǎn)矩啟動的，為了不丟步，啟動頻率不高。特別是隨著功率的增大，轉(zhuǎn)子的直徑和慣量增大，起動頻率和工作頻率可能相差十倍之多。

步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率特性使得步進(jìn)電機(jī)在啟動時(shí)不可能直接達(dá)到運(yùn)行頻率，而是需要一個(gè)啟動過程，即從低速逐漸提高速度到運(yùn)行速度。停車時(shí)，運(yùn)行頻率不可能馬上降到零，應(yīng)該有一個(gè)高速逐漸減速到零的過程。

步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨著脈沖頻率的增加而減小。起動頻率越高，起動轉(zhuǎn)矩越小，驅(qū)動負(fù)載的能力越差。啟動時(shí)會造成失步，停止時(shí)會造成超調(diào)。要使步進(jìn)電機(jī)快速達(dá)到要求的速度而不失步或超調(diào)，關(guān)鍵在于使加速所需的轉(zhuǎn)矩既充分利用步進(jìn)電機(jī)在各種工作頻率下提供的轉(zhuǎn)矩，又不超過這個(gè)轉(zhuǎn)矩。所以步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行一般要經(jīng)歷加速、恒速、減速三個(gè)階段，這就要求加速和減速過程時(shí)間盡可能短，恒速時(shí)間盡可能長。特別是在要求反應(yīng)迅速的工作中，從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間短，要求加減速過程短，恒速時(shí)速度高。

國內(nèi)外科技工作者對步進(jìn)電機(jī)的速度控制技術(shù)做了大量的研究，建立了各種加減速控制的數(shù)學(xué)模型，如指數(shù)模型和線性模型等。在此基礎(chǔ)上，他們設(shè)計(jì)開發(fā)了各種控制電路，改善了步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動特性，推廣了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍。指數(shù)加減速考慮了步進(jìn)電機(jī)固有的矩頻特性，既能保證步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)動中不失步，又能充分發(fā)揮其固有特性。加減速時(shí)間縮短，但由于電機(jī)負(fù)載的變化，很難實(shí)現(xiàn)。線性加減速只考慮了電機(jī)角速度在負(fù)載能力范圍內(nèi)與脈沖成正比的關(guān)系，不隨電源電壓和負(fù)載環(huán)境的波動而變化。這種加速方法的加速度是恒定的，其缺點(diǎn)是沒有充分考慮輸出轉(zhuǎn)矩o

步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動控制

步進(jìn)電機(jī)受自身制造工藝的限制，比如步距角由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行節(jié)拍數(shù)決定，但轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行節(jié)拍數(shù)是有限的。因此，步進(jìn)電機(jī)的步距角一般較大且固定，分辨率低，缺乏靈活性，低頻振動，噪聲比其他微電機(jī)高，使物理器件容易疲勞或損壞。這些缺點(diǎn)使得步進(jìn)電機(jī)只能用于一些要求不高的場合，而閉環(huán)控制只能用于要求高的場合，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。這些缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了步進(jìn)電機(jī)作為優(yōu)秀開環(huán)控制元件的有效使用。細(xì)分技術(shù)在一定程度上有效地克服了這些缺點(diǎn)。

步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動技術(shù)是90年代中期發(fā)展起來的一種驅(qū)動技術(shù)，可以顯著提高步進(jìn)電機(jī)的綜合性能。年美國增量運(yùn)動控制系統(tǒng)與器件年會上，美國學(xué)者首次提出了步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分的控制方法。在隨后的二十年里，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動得到了很大的發(fā)展。逐步發(fā)展到90年代完全成熟。國內(nèi)對分段驅(qū)動技術(shù)的研究幾乎和國外一樣。

90年代中期，大發(fā)展。主要應(yīng)用于工業(yè)、航空航天、機(jī)器人、精密測量等領(lǐng)域，如跟蹤衛(wèi)星的光電經(jīng)緯儀、軍用儀器、通信和雷達(dá)等。隨著細(xì)分驅(qū)動技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電機(jī)的相數(shù)不再受步距角的限制，給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來了方便。目前，在步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動技術(shù)中，采用了斬波恒流驅(qū)動、儀表脈寬調(diào)制驅(qū)動和電流矢量等幅勻速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動控制，大大提高了步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行精度，使步進(jìn)電機(jī)在中、小功率應(yīng)用領(lǐng)域向高速、精密方向發(fā)展。

首先，步進(jìn)電機(jī)的相電流控制由硬件實(shí)現(xiàn)。通常采用兩種方法，多路功率開關(guān)電流供電和繞組上電流疊加。這種方法使功率管損耗較小，但由于電路數(shù)量多，器件多，體積大。

首先疊加脈沖信號，然后通過功率管道放大得到階躍電流。優(yōu)點(diǎn)是使用的器件數(shù)量少，但功率管功耗高，系統(tǒng)功率低。如果電子管工作在非線性區(qū)，就會引起失真。由于其不可克服的缺點(diǎn)，這兩種方法目前很少使用。