一、步进
电机设计
步进电机被称为“数字电机”，因其像时钟指针一样逐步运动。当第一组
线圈通电时，转子齿与第一组定子绕组齿对齐并保持位置；当第二组绕组通电时，转子齿微移并与第二组定子绕组齿对齐。此过程完成一个整步运动。
通常每转为200步，每步1.8°。步进电机的发展得益于电子步进电机
控制器的进步。控制器需以正确的电压、电流、相位和时序对绕组通电。现代控制器可使步进电机每转实现多达20,000步，运动精度提高100倍（每步0.018°）。
步进电机系统组件
角色 功能 对应组件
指挥者 主机 主机计算机
大脑 运动控制器 运动控制器
肌肉 驱动器/放大器 步进驱动器
手臂 执行机构 电机与
执行器
电机与执行器：视作“手臂”，无动力则不运动。
输出：推动负载的推力和速度
输入：来自步进驱动器的电力
驱动器：提供“肌肉”，推动手臂运动。
输出：以适当电量与顺序向电机绕组供电，使执行器按期望方向运动。
输入：接收来自控制器的步进脉冲与方向指令。
控制器：系统“大脑”，指挥肌肉。
输出：向驱动器发送步进与方向脉冲；提供多种输出至PLC，包括总线通信（RS232、RS485、Ethernet IP、Profibus等）、在位信号、报警与故障输出等。
输入：智能系统地接收多种信号源，如磁开关、机器
传感器、PLC输出、总线通信、电机编码器信号等。
编码器：系统“眼睛”，反馈是否按指令运动。控制器通过比较发送至驱动器的脉冲与从编码器接收的脉冲来判断是否失步，并进行调整。
注：厂商常将功能集成，如控制器内置驱动器、电机内置编码器等。
二、步进电机性能特点
优点：
成本最低的位置控制电机技术
可开环运行，无需编码器
低速时提供极高扭矩
采用NEMA标准机座尺寸，安装与轴径标准化
缺点：
扭矩随转速升高快速下降
可能失步（负载扭矩超过电机在该速度下的能力时）
解决方法：增大电机规格（扭矩余量加倍）、降低转速、提高绕组电压或电流、加装编码器监控并校正失步
难以实时同步，误差通常在行程末端校正
三、
伺服电机设计
伺服电机指任何带反馈的装置。其定子线圈由伺服驱动器按顺序通电，驱动磁性转子旋转。控制器需通过霍尔传感器或编码器感知转子当前位置，以决定下一组绕组通电。
伺服电机系统组件
伺服系统框图与步进系统类似，但组件技术不同。伺服放大器功能等同于步进驱动器。同样，厂商常集成功能。
四、伺服电机性能特点
优点：
高转速
高加速度
高精度
高速时扭矩更大
易于多电机同步（实时误差校正）
缺点：
系统比步进电机复杂
需调谐以获得最佳性能
成本更高
最低速时扭矩低于步进电机
安装尺寸与轴径无统一标准（因厂商而异）
同尺寸下低速扭矩小于步进电机
五、与电动执行器配合使用的考虑
无论选用哪种技术，都需与执行器设计匹配：
伺服电机在低速时可能无法达到步进电器的低速性能
在同一执行器上用伺服替换步进电机，不一定能在高速时提供更大推力，因其他执行器组件可能限制性能
以下表格可作为选型参考：
步进电机 伺服电机 对执行器的启示
低速扭矩更大 高速扭矩更大 可能需要特殊执行器组件，如
联轴器、丝杠、螺母等
成本较低 成本较高 步进电机有助于控制成本
可中等精度同步 可高精度同步 伺服是多轴应用首选；需专用控制器
误差在行程末端校正 实时连续误差校正 伺服是精确定位首选；为实现更高精度，可能需要消隙螺母
无需编码器 需编码器
系统简单 系统复杂
可能失步 不会失步
无需调谐 调谐至关重要 伺服调谐不当会严重影响执行器性能
标准尺寸便于安装互换 尺寸不标准化带来挑战 选用伺服前需确认其能否安装到执行器上；可能需要专用电机座和联轴器
