​步进电机是一种通过步进（即以固定的角度移动）方式使轴旋转的电机。其内部构造使它无需传感器，通过简单的步数计算即可获知轴的确切角位置，这种特性使它适用于多种应用。说起步进电机，小维相信对于智能传动和电气控制行业的工程师来说，应该再熟悉不过了。步进的误差不会长期积累，能够提升定位，控制比伺服简单等特点，但步进电机控制的前提是电机不发生失步，如何才能使步进电机不失步呢？​

我们知道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电机。在未发生失步情况下，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并不受负载变化的影响，当步进电机接收到一个脉冲信号时，电机就按设定的方向转一个固定的角度(步进角或步距角)，通过控制脉冲数和脉冲频率来控制电机角位移量及电机转速从而达到的开环控制。另外，步进电机每走一步所转过的角度与理论步距之间总有一定的误差，从某一步到另一步，也总有一定的误差，但是，步进电机每转一周的步数相同，在不失步的情况下，其步距误差不会长期累积。

上面提到的都是在不失步的情况下，而如何才能不失步，首先，我们需要知道造成电机失步的因素，主要有下面四点：

1、转子加速度慢于步进电机的旋转磁场;

2、转子的平均速度于定子磁场的平均旋转速度;

3、电机负载惯性较大;

4、步进电机产生共振。

转子加速度慢于步进电机的旋转磁场即转子速度低于换相速度时，电机会产生失步，这是因为输入电机的电能不足，产生的力矩无法使转子速度跟上定子磁场的旋转速度，从而引起失步。转子平均速度于定子磁场平均旋转速度，这是定子通电励磁的时间较长，大于步进所需的时间，转子在步进过程中获得过多的能量，导致电机产生的转矩过大从而引起电机越步。

以上导致步进电机失步的原因实质是步进驱动器选择不当而导致，只有选择正确合适的步进驱动器才能使步进电机发挥其控制的特点。选择合适的驱动器需要根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或精度时，可配用细分型驱动器。对于大转矩电机，尽可能用电压型驱动器，以获得良好的速性能。同时对于驱动电源，很多人直接使用开关电源作为驱动电源，但是，一般好不要使用开关电源，特别是大力矩电机，除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电源。因为，电机工作时是大电感型负载，会对电源端形成瞬间的压。而开关电源的过载性能不好，会保护关断，且其精密的稳压性能又不需要，有时可能造成开关电源和驱动器的损坏。对于步进电机的驱动电源，可以用常规的环形或R 型变压器变压的直流电源。 

步进电机产生共振是因为电机接收的脉冲频率等于步进电机的固有频率，该频率与驱动器的细分有关系。我们一般使用步进电机时，驱动器的细分能力很重要，共振范围越小越好。对于电机负载惯性较大是由于电机超载而引起，因此在使用时只需注意不要让电机过载即可。

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步进电机作为一种常用、应用广泛的驱动电机，通常会搭配减速设备一起使用，以达到理想传动效果；而步进电机常用的减速设备和方法，有如减速齿轮箱、编码器、控制器、脉冲信号等。

脉冲信号减速：步进电机转速度，是根据输入的脉冲信号的变化来改变的。从理论上讲，给驱动器一个脉冲，步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。实际上，如果脉冲信号变化太快，步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用，转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化，将导致堵转和丢步。

减速齿轮箱减速：步进电机搭载减速齿轮箱一起使用，步进电机输出高速、低扭矩转速，连接减速齿轮箱，齿轮箱内部减速齿轮组啮合传动形成的减速比，将步进电机输出的高速降低，而且提升传动扭矩，达到理想传动效果；减速效果取决于齿轮箱的减速传动比，减速比越大，输出转速越小，反之亦然。

曲线指数控制速度：指数曲线，在软件编程中，先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作时指向选取。通常，完成步进电机的加减速时间为300ms以上。如果使用过于短的加减速时间，对绝大多数步进电机来说，就会难以实现步进电机的高速旋转。

编码器控制减速：PID 控制作为一种简单而实用的控制方法 , 在步进电机驱动中获得了广泛的应用。它根据给定值 r( t) 与实际输出值 c(t) 构成控制偏差e( t) , 将偏差的比例 、积分和微分通过线性组合构成控制量 ,对被控对象进行控制 。文献将集成位置传感器用于二相混合式步进电机中 ,以位置检测器和矢量控制为基础 ,设计出了一个可自动调节的 PI 速度控制器,此控制器在变工况的条件下能提供令人满意的瞬态特性。文献根据步进电机的数学模型 ,设计了步进电机的PID 控制系统 ,采用 PID 控制算法得到控制量 ,从而控制电机向指定位置运动 。最后 ,通过仿真验证了该控制具有较好的动态响应特性 。采用 PID 控制器具有结构简单 、鲁棒性强 、可靠性高等优点 ,但是它无法有效应对系统中的不确定信息 。

步进电机可以配什么减速机？在步进电机和减速机选型配套中需要注意那些因素要点，以及可以选择什么样的减速机一起使用？

1.步进电机配减速机的原因

步进电机切换定子相电流的频率，如改变步进电机驱动电路的输入脉冲，使其变成低速运动。低速步进电机在等待步进指令时，转子处于停止状态，在低速步进时，速度波动会很大，此时如改为高速运行，就能解决速度波动问题，但转矩又会不足。即低速会转矩波动，而高速又会转矩不足，需要使用减速器。

2.步进电机常配减速机有哪些

减速机是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置，在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用；减速机的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速机、蜗杆减速机和行星齿轮减速机；按照传动级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥－圆柱齿轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式减速机、分流式减速机和同轴式减速机。步进电机装配的减速机有行星减速机、蜗轮蜗杆减速机、平行齿轮减速机、丝杆齿轮减速机。

步进电机行星减速机精度怎么样？

减速机精度也称为回程间隙，将输出端固定，输入端顺时针和逆时针方向旋转，使输出端产生额定扭矩+-2%扭矩时，减速机输入端有一个微小的角位移，此角位移即为回程间隙。单位是“弧分”，即一度的六十分之一。通常的回程间隙值均指减速机的输出端。步进电机行星减速机具有高刚性、高精度（单级可做到1分以内）、高传动效率(单级在97%-98%)、高的扭矩/体积比、免维护等特点。

步进电机的传动精度是不能调节的，步进电机的运行角度完全由步长与脉冲数来确定，而脉冲数是可以完整的计数，数字量是不存在精度这个概念的，一步就是一步，二步就是二步。目前能优化的精度是行星减速机齿轮箱的齿轮回程间隙精度：

1.主轴精度调整方法：行星减速机主轴旋转精度的调节，如果主轴本身的加工误差满足要求，那么减速器主轴的旋转精度一般由轴承决定。调节主轴旋转精度的关键在于调节轴承间隙。维持一个合适的轴承间隙对主轴部件的性能和轴承寿命至关重要。对滚动轴承而言，有较大间隙时，不仅会使载荷集中作用于处于受力方向的滚动体上，而且会在轴承内外圈滚道接触处产生严重的应力集中现象，缩短轴承寿命，还会使主轴中心线发生漂移，易造成主轴部件振动。所以，滚动轴承的调节必须预先加载，使轴承内部产生一定的过盈量，从而在滚动体与内外圈滚道接触处产生一定的弹性变形，从而提高轴承的刚度。

2.调整间隙法：行星减速机在运动的过程时会产生摩擦，引起零件之间的尺寸、形状和表面质量的变化，并产生磨损，使零件之间的间隙配合增大，此时我们需对其进行合理范围的调整，以保证零件之间相对运动的准确性。

3.误差补偿法：把零件自身误差通过恰当的装配，使其在磨合期间相互抵消的现象，以保证设备运动轨迹的准确性。

4.综合补偿法：用减速机自身安装的工具来使加工已经转配调整正确无误的工作台面，以消除各项精度误差的综合结果。

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