步进运动系统在很多对于速度和位置精度要求没那么高的应用场合大放异彩。对于这种技术来说，并不需要进行系统调整（与伺服运动系统不同），电机的生产成本更低www.cechina.cn，控制和布线也更加简单。即使在增加了低成本的反馈器件之后，系统价格上的优势仍旧显著。步进技术的其他优点还包括非常短的系统建立时间、对于用户经验要求更低以及电机与负载的惯性匹配更加容易。
        步进产品供应商总是大谈特谈成本节省。“相比于伺服电机，步进电机总是具有成本上的优势，但是代价是性能上的妥协。” Schneider Electric公司的项目工程经理Clark Hummel说道。Hummel列出了三种属性，它们使当今的步进系统能够胜任以前只有伺服系统才能完成的应用，同时保持可观的价格优势：
        ■ 根除失速问题（去同步化）；
        ■ 能够根据负载需求自动调整运行电流；
        ■ 过载仍能提供扭矩。
        成本更低www.cechina.cn，易于安装
        B&R公司在步进电机和驱动的诸多应用中实现了低成本。如果需要反馈，就用价格较低的设备实现，B&R技术解决方案总监Corey Morton说道，“相比之下，高解析度的专用编码器加上伺服器系统两者的成本可能比一台小功率额定值的电机本身的成本还要高。”
        Morton将成本节省进一步归功于步进驱动，特别是对于小尺寸驱动来说。现在的驱动可以选择各种各样的结构（安装在设备上或者安装在控制机柜内），增加了步进系统的多样性。“与很多电机进行配对，系统集成商能够灵活地选择步进电机/驱动并将其整合，成为最适合自身的设计并满足应用需求。”Morton说道。
        Kollmorgen公司同样认为步进电机/驱动系统的生产成本更低而且更加易于安装。“没有反馈设备能够显著地减少电机、电缆和驱动成本。”Kollmorgen公司的产品经理Gene Matthews说道：“将步进器接入设备就和从PLC引入输出一样简单。”随着驱动领域开始出现微步进技术，步进系统的性能能够接近（虽然还比不上）伺服系统。“这为那些能够在性价比上做一些让步的应用领域提供了一种有价值的解决方案。”Matthews说道。
        Beckhoff公司认为步进和伺服之间的抉择就是性能和价格的权衡。“这实际上就是根据应用的性能需求——特别是负载的需求——以及可以提供的预算，进行两者之间平衡的过程。”Beckhoff公司的电机和驱动专家Bob Swalley说道。

热成像图像显示了Oriental Motor 公司的可连续作业AR系列“恒工况”步进电机的发热更低。图像来源：OrientalMotor

        步进电机对负载依旧敏感，但是比伺服电机更加简单。Swalley说道，“通常你所选电机的扭矩需要能够在应用速度下达到峰值负载扭矩的两倍。速度不会频繁地超过每分钟800转，才能实现良好的性能。根据目前的标准，是可以采用步进电机来实现所需的功能特性的，同时还比昂贵的伺服解决方案节省成本。”
        恒工况，电机+驱动
        标准步进电机的工作电流相对来说较高，这会导致更高的发热，而后者会限制其工作运转。最近，Oriental Motor公司（和其他几家公司）开发了一种“恒工况（constant-duty）”步进电机，它相比于传统的电机具有更高的能量效率CONTROL ENGINEERING China版权所有，该公司的全球市场经理Todd Walker说道。这是几种因素共同作用的结果：控制工作电流以降低热量损耗、使用更高等级的铁芯片、改进电机内部的磁通结构以及更加高效的电子驱动器。这些因素共同作用，在更低的工作电流下实现了同样的工作扭矩。
        步进系统的另一项巨大的进步就是将电机、驱动和其他辅助器件整合在一起，优点包括更加简单和更少的布线、匹配好的驱动和电机以及一些闭环模式选项（例如使用预先安装好的编码器或者使用与伺服系统类似的自调整的选项）。很多生产厂商都提供这种电机-驱动套装。“步进电机套装还在驱动器中包含了通讯选项，以后会在步进驱动技术中普及开来。”Walker说道。

Schneider Electric 公司的混合运动技术目前已经配备在其MDrive 产品上，为步进运动系统增加了多种改良的控制能力和特性。图片来源：Schneider Electric 公司和Control Engineering

        Schneider Electric公司同样重视集成运动解决方案。长期以来，它就是电机-驱动套装的倡导者，例如，它的MDrive产品线覆盖了NEMA 14、17、23和34几种步进电机尺寸。将电机、编码器和运动控制器集成在一个套装中能够减少价格昂贵的反馈器件和电源电缆，免除了大多数控制面板空降间上的需求，减少了运动轴上的潜在故障可能，这更进一步地降低成本。Hummel说道：“当评价步进系统和伺服系统的优劣时，这确实是一个重要的加分项。”
        开环或者闭环
        据B&R公司称CONTROL ENGINEERING China版权所有，如果根据应用需求选型得当，步进系统在开环模式下工作也能够提供可重复的定位性能——特别是在半步或者更高精度下（0.9度或者200步/转的电机）。“整体的定位精度取决于一系列与驱动器和电机结构相关的因素，”Morton指出：“微步进（例如十分之一步或者0.18度）是一种用来减小与步进电机相关的振动的常用方法，同时也能够提升定位精度。”
        对于开环控制，通常都会采用一些扭矩裕量（多达50%）来选择步进电机，这是针对可能出现的非预期负载变化所采取的安全系数。反馈控制能够最小化或者免除使用这种裕量的必要。
        对于那些要求更好的定位精度或者要求更好的整体性能的应用场合，可以为步进电机配备不同的定位传感器，例如相对值或者绝对值编码器和解码器。“一种简单的应用方案就是使用传感器来判断是否达到预期位置或者进行运动的初始化校正。一种更为先进的应用方案会使用全闭环定位，与伺服系统的作业模式类似。”Morton补充道。
        然而，简单的传感器就足以满足典型步进应用了。例如，Oriental Motor公司的Walker提到了一种200脉冲/转的编码器，它的售价低于70美元，而伺服系统则必须配备具有16k ppr能力的昂贵的传感器。
        Oriental公司的AR系列电机和驱动套装的特点是自校正选项CONTROL ENGINEERING China版权所有，它能够模仿伺服系统的作业模式，据称即使在负载变化和加速的情况下也能够维持定位精度。传感器监控电机轴的旋转以防过载。AR系列产品能够通过采用闭环模式快速恢复控制。如果过载状况并没有改观，驱动器就会输出一个报警信号。
        新型步进驱动器的高级应用方法包括电机和驱动负载之间的同步控制。例如，Kollmorgen公司的P7000型步进驱动采用了无编码器的失速监测（Encoderless Stall Detect）技术，后者会在步进电机失速时给用户一个反馈。由于这种方法是在软件中实现的，所以并不需要一个实际反馈设备。除此之外，系统的指令电流也会受到监控，如果所需的电流超过了定位运动的预期电流极限，驱动就会关机，Matthews如是解释道。它可以识别异常状况，例如堵塞、障碍物或者其他的机械问题。“这样一来我们就可以用更低的成本实现更先进的控制策略。”他陈述到。
        多种应用
        Oriental Motor公司将步进技术应用在了CNC设备中以及装配机械或者自动化机械中所需的x、y、z三轴短距离定位。“需要使用短距离快速移动的应用场合，或者更好的定位精度和重复性，是步进技术的理想应用领域控制工程网版权所有，”Walker说道。他引用了采样、测量或者泵料等需要控制物料剂量的例子。
        “在某些应用中可以不再使用价格昂贵的齿轮箱，因为步进电机的惯量是伺服电机的4倍。”Walker补充道。
        “伺服电机系统允许生产厂商搭建由伺服电机实现的设备的低性能和低价格版本。”Matthews补充道，“在每分钟900转的速度下步进电机技术工作良好，如果你需要在高速下实现大扭矩，那么伺服电机才是合适的技术。”
        Beckhoff公司的Swalley同样认为步进电机并不适用于那些负载力和质量持续变化或者要求较高作业速度的应用场合。“因为存在潜在同步损失的问题，在那个领域伺服运动仍旧占据统治地位。”Swalley总结道。
        融合带来性能提升
        运动控制正在向被称为“和执行器无关的”或者“混合”技术发展，那些即提供伺服系统又同时提供步进系统的生产厂家便是其倡导者。这种发展方向带来诸多优点，其中一种就是设备搭建商能够使用与之前用在伺服系统上的同样的运动控制软件来实现低成本的步进电机解决方案，B&R公司的Morton说道。
        Schneider Electric公司也有类似的观点，先进控制设计的到来，例如其作为商标的混合运动技术，极大地减小了步进系统和伺服系统之间的性能差距。混合运动技术的特点包括扭矩工作模式下可以提供100%的电机扭矩，这种能力对于步进电机来说是前所未有的。
        混合技术的连续创新和应用使步进运动系统跟上了时代的潮流。