随着控制电机重要性的增加，控制电机的使用也在逐年增加。步进电机是一种速度控制和定位控制的控制电机，不使用反馈电路，即所谓的电机开环控制。

　　其应用主要是处理办公业务能力强的OA机器和FA以机器为核心，广泛应用于医疗器械、测量仪器、汽车、游戏机等。就数量而言，0A步进电机使用的应用约占75%。

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　　步进电机原理

　　步进电机是一种利用电磁铁原理将脉冲信号转换为线位移或角速的电机。对于每个电动脉冲，电机旋转一个透视图，并推动机械移动一小段距离。

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　　分类

　　电机有多种分类方式，比如电压类型的分类，有AC驱动与DC驱动;同步电机和异步电动机用于分类旋转速度与电源频率的关系。

　　从上图可以看出，步进电机属于DC驱动同步电机，但不能直接使用DC或AC需要配置驱动器来驱动电源。因此，步进电机的运行需要一个驱动电路。这一点和无刷DC同样的电机，无刷DC电机应使用驱动电路，驱动电路将电机定子和DC电源连接在一起工作。

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　　步进电机特性

　　步进电机的基本特性包括电机的静态特性、连续运动特性(动态特性)、电机启动特性和电机制动特性(暂态特性)。以下介绍:

　　1.静态转矩特性

　　当步进电机的线圈通过直流电时，带负载转子的电磁扭矩(与负载扭矩平衡引起的恢复电磁扭矩称为静态扭矩或静态扭矩)与转子功率角之间的关系称为视角-静态扭矩特性，即电机的静态特性。如图所示：

　　由于转子是永磁体，产生的磁密度是正弦分布，所以理论上，静态扭矩曲线是正弦波。这种透视-静态扭矩特性是步进电机产生电磁扭矩能力的重要指标。最大扭矩越大越好，扭矩波类型越接近正弦越好。事实上，在磁极下有一个槽扭矩，使生成扭矩扭曲。例如，如果两相电机的槽扭矩是静态扭矩透视周期的4倍，并添加到正弦的静态扭矩中，则上图所示的扭矩为：

　　TL=TMsin[(θL/θM)π/2]

　　其中TL与TM每个表示负载扭矩和最大静态扭矩(或控制扭矩)，相应的功率角为θL和θM，这个位移角的变化决定了步进电机的位置精度。根据上述公式获取：

　　θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)

　　PM型永磁步进电机和HB混合步进电机的步进角度θs在前面的课程中，即：θs=180°/PNr，视角改为机械视角(弧度)，则变为下式：

　　θs=π/(2Nr)

　　上式Nr它是转子齿数或极对数，所以两相电机θM=θs。

　　2.动态转矩特性

　　动态转矩特性包括驱动脉冲频率-转矩特性和驱动脉冲频率-惯性特性。

　　1)脉冲频率-转矩特性

　　脉冲频率-扭矩特性是选择步进电机的重要特性。如图所示，纵轴为动态扭矩(dynamictorque)，响应脉冲频率用于横轴和响应脉冲频率pps作为一个单位，即每秒脉冲数表示。

　　如图所示，步进电机的动态转矩包括失步转矩(pull-out-torque)和牵入转矩(pull-in-torque)两个扭矩。前者称为失步或失矩，后者称为启动或牵引扭矩。牵引力矩范围为自启动脉冲频率从零到最大或最大自启动频率区域。

　　被曲线包围的区域称为自启动区域。电机同时进行正向和反向启动操作。牵引区和失步区之间是运行区。电机可以在该区域同步连续运行，并带有相应的负载。超出范围的负载扭矩将无法连续运行，导致失步。

　　步进电机由开环驱动控制，负载扭矩和电磁扭矩之间应有一个裕度，值应为50%~80%。

　　2)脉冲频率-惯性特性

　　当步进电机以惯性负载快速启动时，必须有足够的启动加速度。因此，如果负载的惯性增加，则启动脉冲频率降低。因此，在选择步进电机时应充分考虑两者。

　　下面的纵轴是最大自启动频率，水平轴是负载惯性，曲线表示负载惯性与最大自启动脉冲频率之间的关系。PM类型爪极步进电机(两相，步距角7.5°)为例。负荷PL下降，最大自启动脉冲频率PL与负载惯量Jc关系如下：

　　式中，JR步进电机转子惯量，Ps自启动频率最大的空载。

　　3.临时转矩特性

　　由于步进电机转子的惯性作用，即使空载运行一步，也会带来超越角度(over-shoot)，并且在超越角和回到角(under-shoot)在来回震荡之间，在减少后静止于所定视角，这是步进电机的暂态响应特性。

　　步进电机的暂态特性如下图所示，纵轴取转子移动视角，横轴为时间。△T为上升时间，△θ稳定时间称为超越角和转子自由静止到设定位置的时间(通常是达到步距角出租车5%误差范围的时间)(settingtime)

　　稳定时间越短，速度越快。为了加快机构的运行速度，缩短稳定时间，步进电机的阻尼(制动)变得非常重要。缩短稳定时间的方法包括改变摩擦或改变惯性驱动，稍后将详细介绍。