针对步进电机存在内部系统误差影响的情况下，扩展卡尔曼滤波器（Extended Kalman Filter，EKF）对步进电机速度和转子位置估计精度下降的问题，本文提出一种基于鲁棒改进扩展卡尔曼滤波（Robust Improved Extended Kalman Filter，RIEKF）的估计方法。首先，建立了步进电机的RIEKF数学模型。其次，分析了误差对扩展卡尔曼滤波过程的影响，同时比较了RIEKF和EKF在内部电阻及电感参数失配时的位置跟踪性能。最后，通过仿真对RIEKF和EKF对转速波动抑制效果以及位置跟踪性能进行了比较分析，所提出的RIEKF估计方案在电机参数失配时能够有效抑制转速波动和位置误差。