Одним из наиболее распространенных двигателей, используемых в системах управления движением, является шаговый двигатель. Эти двигатели используются в основном в системах позиционирования и имеют то преимущество, что ими можно очень точно управлять для самых точных систем позиционирования, вплоть до долей градуса, без использования устройств обратной связи, таких как энкодеры или распознаватели. Они работают в разомкнутом контуре (не в замкнутом контуре), без необходимости настройки параметров, как в сервосистемах с замкнутым контуром.

Степперы обычно классифицируются по количеству допустимых шагов, которые им можно приказать сделать. Например, шаговый двигатель с шагом 1,8 градуса способен выполнять 200 шагов /оборот (1,8 x 200 = 360 градусов, или один полный оборот) в режиме полного шага. При работе в режиме полушага каждый шаг увеличивается на 0,9 градуса, и тогда двигатель может совершать 400 шагов / оборот. Другой режим, называемый микрошаговым, еще больше делит градусы на шаг, обеспечивая чрезвычайно точные перемещения.

Существует несколько различных технологий шаговых двигателей, включая двигатели с постоянными магнитами, переменным сопротивлением и гибридные типы. Принцип работы шаговых двигателей довольно прост. Традиционные шаговые двигатели с регулируемым сопротивлением имеют большое количество электромагнитов, расположенных вокруг центрального куска железа в форме шестерни. Когда на любой отдельный электромагнит подается напряжение, ближайший к этому электромагниту железный зубец с зубчатой передачей выровняется с ним. Это приводит к небольшому смещению их относительно следующего электромагнита, поэтому, когда он включен, а другой выключен, шестерня слегка перемещается, чтобы перестроиться. Это продолжается включением и выключением отдельных электромагнитов, создавая таким образом отдельные этапы движения.

Гибридные шаговые двигатели стоят дороже шаговых двигателей с постоянными магнитами, но обеспечивают лучшую производительность в отношении разрешения шага, крутящего момента и скорости. Гибридные шаговые двигатели сочетают в себе лучшие характеристики как шаговых двигателей с постоянными магнитами, так и шаговых двигателей с переменным сопротивлением. Ротор является многозубчатым, как и двигатель с регулируемым сопротивлением, и содержит концентрический магнит, намагниченный в осевом направлении вокруг его вала. Зубья на роторе обеспечивают траекторию, помогающую направлять магнитный поток в предпочтительные места воздушного зазора. Это дополнительно повышает характеристики фиксации, удержания и динамического крутящего момента двигателя по сравнению как с двигателем с переменным сопротивлением, так и с двигателем с постоянными магнитами.

Шаговые двигатели относительно недороги и могут работать с разомкнутым контуром, не требуя устройств обратной связи. Кроме того, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов, достигается широкий диапазон скоростей. Однако, хотя шаговые двигатели способны создавать высокий крутящий момент на низких скоростях, они, как правило, хорошо подходят для применений с меньшей мощностью, а не для применений, требующих большого крутящего момента для перемещения более тяжелых грузов. Они лучше всего подходят для применений, требующих контроля угла поворота, скорости и положения.

Несколько недостатков заключаются в том, что неправильное управление двигателем может привести к нежелательному резонансу в системе. Кроме того, шаговые двигатели, как правило, нелегко эксплуатировать на чрезвычайно высоких скоростях. И по мере увеличения частоты вращения двигателя крутящий момент уменьшается.

Для двухфазных шаговых двигателей существует два основных типа структур обмоток: одноцветные и биполярные. В однополярном устройстве используется 6 проводов, но ток может течь только в одном направлении. Для двигателей этих типов также требуется однополярный привод. В биполярной обмотке используются 4 провода, и ток может течь в 2 направлениях, и для этого требуется биполярный привод. Биполярные двигатели, как правило, более эффективны и могут обеспечить больший крутящий момент, чем однополярные модели, хотя они могут нагреваться быстрее, чем однополярные двигатели.

A шаговый двигателькрутящий момент на низких оборотах изменяется непосредственно в зависимости от тока. Насколько быстро снижается крутящий момент на более высоких скоростях, зависит от ряда факторов, таких как индуктивность обмотки и схема привода, включая напряжение привода. Шаговые двигатели обычно подбираются в соответствии с кривыми крутящего момента, которые обычно указываются производителем.