反馈式步进电机不能完全替代伺服电机，但它们可以为许多实际应用提供可靠的替代。这些运动设计的解决方案，提高机器性能，而不打破银行。
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步进电机是许多运动和位置控制应用的首选。它们有各种尺寸和扭矩额定值，比高端伺服电机便宜得多。那么，让我们来谈谈如何通过添加反馈装置将步进电机的性能提高到伺服电机的性能。
步进电机的优点和缺点来解决
步进电机是无刷直流电机，以离散的步骤移动，而不是连续扫地旋转运动。这些步进运动是由定子内几组电磁线圈的磁场位移驱动的。步进电机的运转取决于一个控制器-一种电子设备，按顺序向电机的定子线圈提供电流，以驱动步进运动。控制器的性能对电机性能有显著影响。
有几种类型的步进电机可用，但最常见的品种提供良好的分辨率(200步每转或更好)以及可观的低速扭矩，坚固的结构，长使用寿命，和相对较低的成本。然而，它们也有局限性。转矩输出下降在较高的转速和(简单的控制器)步进电机可能受到振铃-高频振动。最大的缺点是，即使在定位应用，基本的步进电机系统运行在开环控制。
步进电机响应来自控制器的指令以移动一定数量的步骤 - 但是返回控制器的反馈关于此动作是否已完成。因此，如果电机未能完成所要求的步骤动作，则控制器之间可能会产生不断增长的差异假设作为电机轴的旋转位置和真正的轴的位置(和任何附加的负载或驱动机构)。当电机的扭矩不足以克服机械阻力时，这种不匹配就会发生……事实上，这些不匹配在高转速时可能成为一个严重的问题，因为此时电机的扭矩输出能力是有限的。这就是为什么设计工程师经常过度指定步进电机——以避免漏步，即使它使步进电机的选择过于大和沉重，除了最苛刻的运动配置。
另一个缺点是当传统施加的步进电机停止时，电流必须流过电机绕组以将步进电机轴保持在位置。这消耗了电力并加热电机绕组和周围的子组件。
反馈步进电机系统，以确保可靠的定位
将编码器添加到步进电机系统以获得轴位置反馈，基本上关闭了控制回路。添加这些反馈设备会增加整体系统成本，但不像切换到伺服电机一样多。
增加编码器反馈的一种方法是操作移动和验证模式。在这种情况下，将简单的增量编码器添加到步进电机的尾轴。然后，当控制器向电机发出步骤命令时，编码器连续验证所发生的控制器的控制器。如果电机未能完成所要求的步骤数，则控制器可以在电机到达预期位置之前请求更多步骤。更复杂的控制器还将相电流增加到电机中，作为提高扭矩以使这些额外的步骤提高。
在这种移动和验证设置中使用的编码器通常具有每次旋转200多个位置的分辨率。
请注意，采用移动和验证模式的设置仍可能从包含超大电机中受益，但不会超大为简单开环系统所需的程度。
另请注意，此模式可以帮助智能控制器Finetune将电流保持在电机中，以便在停止期间略微效率改进......虽然整体能量消耗仍然很高。
具有绝对编码器的闭环步进控制
对于关键位置控制应用的另一个更复杂的选择是采用多卷绝对编码器的完整闭环控制。这里使用的编码器连接到步进电机的尾部轴来监控：
•步进电机的角度位置以及
•步进电机的满转数。
在这种配置中，步进电机被控制，如高极数无刷DC（BLDC）电机......并且编码器连续向控制器提供位置反馈。然后，提供给电动机的保持电流完全定制到在给定位置公差内保持位置所需的量。像无刷伺服电机一样控制的步进电机比真正的BLDC伺服电动机能节能且更便宜。那么，为什么不使用BLDC伺服应用的低成本步进电机？
在闭环伺服系统中使用的步进电机有一个在真正的无刷直流伺服电机中没有的物理限制。更具体地说，这样操作的步进电机本质上是作为50极无刷电机工作的，因此不能实现与伺服电机可能的rpm。此外，步进电机转子的惯性比等效功率的真正无刷直流伺服电机的大，所以不能提供相同的加速度。
当步进电机在无刷直流模式下使用时，编码器执行关键操作换向角色-报告电机轴的准确旋转位置，这反过来让控制器激活适当的定子电磁铁的连续旋转需要。此外，精确的绝对编码器还可以帮助先进的微步控制器微调相电流，以减少在更基本的步进电机系统中发生的振铃(振动)。
为基于步进的设计选择合适的编码器
如上所述，很简单增量编码器当步进电机在运动和校验模式下使用时可以有效。增量编码器也支持速度控制，尽管步进电机通常不是在稳定速度下连续运行的最佳选择。
绝对编码器，报告轴的旋转位置，优于关键定位轴。这些都是自包含的版本(有自己的封闭外壳和轴)或套件形式。的区别:
独立编码器需要某种形式的耦合器将它们连接到电机的轴。
•相比之下，套件或模块化编码器由机器制造商集成到电机或驱动机构，直接从传动轴测量旋转运动。这些套件编码器可以内置在电机的外壳或外部连接到电机的端钟。
绝对磁编码器通过一组霍尔效应传感器测量旋转，是步进电机反馈控制的首选。可提供独立的组件形式，它们坚固耐用，对灰尘、湿气和其他污染相对不敏感，而且易于安装。采用套件形式的磁编码器由一个电子包(安装在一个小型PCB上)和一个附在旋转轴上的小型永磁阵列组成。这些编码器的微型版本在自我包含的形式(有外径到22毫米)可用于特别小的电机。
多匝的磁编码器可以跟踪电机完成的旋转数量。这种编码器可用于通过减速齿轮，蜗轮和电缆鼓控制驱动负载的电动机。用于这些设备的旋转计数器围绕Wiegand传感器构建，检测完全旋转和为计数器电路提供电源。这确保了旋转计数总是准确的，即使在系统电源不可用的情况下发生旋转。
空心轴工具包编码器如果要将旋转测量装置安装在大型电机的驱动端，那么，基于电容测量技术的旋转测量装置是一个有用的选择。这些可与多转测量范围和中心开口30和50毫米。
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