哈尔滨工业大学机电控制系统分析与设计大作业二——四相反应式步进电机环形分配器的设计与分析

四相步进电机驱动程序及工作原理1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。

只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。

开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。

单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。

八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：驱动电路：程序：大家对照一下程序就知道，本程序采用了八拍工作方式/***********************************************项目：步进电机正反转（EE01学习板演示程序）**作者：一线工人**网站：电子工程师之家*********************************************/#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code FFW[8]={0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9}; uchar code REV[8]={0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1};/********************************************************/ /*/* 延时t毫秒/* 11.0592MHz时钟，延时约1ms/*/********************************************************/ void delay(uint t){uint k;while(t--){for(k=0; k<123; k++){ }}}/********************************************************/ /*/*步进电机正转/*/********************************************************/ void motor_ffw(uint n){uchar i;uint j;for (j=0; j<12*n; j++) //转1×n圈{for (i=0; i<8; i++) //一个周期转30度{P0 = FFW; //取数据delay(15); //调节转速}}}/********************************************************/ /*/*步进电机反转/*/********************************************************/ void motor_rev(uint n){uchar i;uint j;for (j=0; j<12*n; j++) //转1×n圈{for (i=0; i<8; i++) //一个周期转30度{P0 = REV; //取数据delay(15); //调节转速}}}/******************************************************** ** 主程序**********************************************************/main(){while(1){motor_ffw(5); //电机正转delay(1000); //换向延时motor_rev(5); //电机反转delay(1000); //换向延时}}本文来自: 电子工程师之家。

四相步进电机工作原理四相步进电机是一种常见的电机类型，它通过控制电流的方向和大小来实现精确的步进运动。

在本文中，我们将深入探讨四相步进电机的工作原理，以及它是如何实现精确的步进运动的。

1. 基本原理。

四相步进电机由四个电磁线圈组成，每个线圈都与电机的一个固定位置相对应。

通过改变这些线圈的电流方向和大小，可以控制电机的转动。

通常情况下，四相步进电机会采用双极或四极设计，这意味着每个线圈都有两个状态，通电和断电。

通过改变线圈的通断状态，可以实现电机的步进运动。

2. 步进控制。

四相步进电机的步进控制是通过改变线圈的通断状态来实现的。

通常情况下，电机会按照固定的步距进行旋转，每一步的大小由线圈的设计和控制电流的大小决定。

通过改变线圈的通断状态和电流的大小，可以实现不同步距的步进运动，从而实现精确的位置控制。

3. 驱动方式。

四相步进电机的驱动方式通常有两种，全步进和半步进。

全步进是指每次只激活一个线圈，电机按照固定的步距进行旋转。

而半步进则是在全步进的基础上，每次激活两个相邻的线圈，从而实现更精细的步进运动。

通过这两种驱动方式的组合，可以实现更加精确的位置控制。

4. 控制电路。

为了实现对四相步进电机的精确控制，通常需要使用特定的控制电路。

这些控制电路可以根据输入的控制信号来改变线圈的通断状态和电流大小，从而实现精确的步进运动。

常见的控制电路包括脉冲控制器和驱动器，它们可以根据输入的脉冲信号来控制电机的旋转方向和步距。

5. 应用领域。

四相步进电机由于其精确的位置控制和简单的结构，被广泛应用于各种领域。

例如，它常用于打印机、数控机床、3D打印机和机器人等设备中，用于实现精确的位置控制和运动控制。

此外，四相步进电机还常用于需要精确控制的仪器和设备中，如医疗设备和实验仪器等。

总结。

四相步进电机是一种常见的电机类型，它通过改变线圈的通断状态和电流大小来实现精确的步进运动。

通过控制电机的驱动方式和控制电路，可以实现更加精确的位置控制和运动控制。

Harbin Institute of Technology自动控制原理设计论文课程名称：自动控制原理设计题目：液压伺服系统校正院系：测控技术与仪器系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学自动控制原理大作业一、 设计任务书考虑图中所示的系统。

要求设计一个校正装置，使得稳态速度误差常数为-14秒，相位裕度为，幅值裕度大于或等于8分贝。

利用MATLAB 画出已校正系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应曲线。

二、 设计过程1、 人工设计1）、数据计算由图可知，校正前的开环传递函数为：0222s+0.10.025(20s 1)G =0.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 其中按频率由小到大分别含有积分环节和放大环节，-20dB/dec ；一阶微分环节，10.05/w rad s =，0dB/dec;振荡环节，22/w rad s =，-40dB/dec;稳态速度误差：0202s+0.1e ()lim (s)lim 0.025(s 0.14)ss s s sG ss s →→∞===++。

显然，此时的相位裕度和稳态速度误差都不满足要求。

为满足题目要求，可以引入超前校正，提高系统的相位裕度和稳态速度误差。

2）、校正装置传递函数 （1）、稳态速度误差常数的确定为使稳态速度误差常数为-14秒,设加入的开环放大倍数为k,加入校正装置后的稳态速度误差满足： 11e ()4k 0.025kss v ∞=== 解得K=160；将K=160带入，对应的传递函数为：0222s+0.14(20s 1)G (s)=1600.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 则校正前（加入k=160的放大倍数后）幅值穿越频率：018.00/c w rad s =，相位裕度：o 00.1631c r =； （2）、校正装置的确定这里采用超前补偿，由前面算得k=160，故设加入的校正装置传递函数为：111G (s)T 1c aT s s +=+ 设计后要求o =50γ,则o 0-=500.163149.8369o o γγ-=；a 满足：01sin 49.83691a a -=+ 解得：a =7.33，取a =8.取1010/18.00/c w rad s w rad s =<=作为第一个转折频率，取第二个转折频率为21*80/w a w rad s ==；在伯德图上过3rad/s 处做斜率为-20dB/dec 的线。

Harbin Institute of Technology机械系统自动控制技术大作业报告题目：伺服控制系统的控制特性研究班级：作者：学号：指导教师：郝明晖郝双晖时间：2015.5.6哈尔滨工业大学摘要交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。

本文主要以交流伺服系统为例进行伺服控制系统的控制特性分析。

一、引言“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。

伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。

图1 伺服系统构成二、伺服系统分类伺服系统的分类方法很多,常见的分类方法有以下三种.（1）按被控量参数特性分类；（2）按驱动元件的类型分类：伺服控制系统按所用控制元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统（液压控制系统）和气动伺服系统；（3）按控制原理分类.伺服系统可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。

常见的四种伺服控制系统有液压伺服控制系统、交流伺服控制系统、直流伺服控制系统、电液伺服控制系统，下面以交流伺服系统为例进行其控制特性分析。

图2 交流控制原理三、性能分析交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。

低档的伺服系统调速范围在1:1000以上，一般的在1:5000—1:10000，高性能的可以达到1:100000以上；定位精度一般都要达到±1个脉冲，稳速精度，尤其是低速下的稳速精度比如给定1rpm时，一般的在0. 1 rpm以内，高性能的可以达到±0.01 rpm 以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90或者幅值不小于50%。

哈工大自动控制原理大作业HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：自控控制原理大作业设计题目：控制系统的矫正院系：自动化测试与控制系班级：设计者：学号：指导教师：强盛设计时间： 2016.12.21哈尔滨工业大学题目88. 在德国柏林，磁悬浮列车已经开始试验运行，长度为 1600m的M-Bahn号实验线路系统代表了目前磁悬浮列车的发展水平。

自动化的磁悬浮列车可以在较短的时间内正常运行，而且具有较高的能量利用率。

车体悬浮控制系统的框图模型如图 8 所示，试设计一个合适的校正网络，使系统的相位裕度满足45°≤γ≤55°，并估算校正后系统的阶跃响应。

图 8 题 8 中磁悬浮列车悬浮控制系统一、人工设计利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出校正装置的传递函数。

验算校正后系统是否满足性能指标要求。

1)未校正系统的开环频率特性函数应为：γ0(γγ)=1γ2(γ+10)2)未校正系统的幅频特性曲线图如下：由图中可以得出:γγ=√γ=0.316 rad/s对应的相位裕度为:γ(γγ)=180°−180°−arctan(γγ10)=−1.81°G c(s) 13)超前校正提供?(m)=50°4)γ−1γ+1=γγγ50°解得 a=7.55)−10γγγ=−8.75γγ,得到γγ=0.523 rad/s6)1γ=√γγγ=1.43 rad/s 1γγ=0.19 rad/s7)γγ(γ)=1+5.3γ1+0.7γ二、计算机辅助设计利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试g = tf(1,[1 10 0 0]);gc = tf([5.3 1],[0.7 1]);ge = tf([5.3 1],conv([0.7 1],[1 10 0 0]));bode(g,gc,ge);gridlegend('uncompensated','compensator','compensated') [kg,r,wg,wc]=margin(ge)系统校正前后及校正装置的Bode图:性能指标：kg =18.3027 r =47.0334 wg =3.4822 wc =0.5273满足题目要求。

步进电机的环形分配器类型解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文将探讨步进电机中的一种重要组件，即环形分配器类型。

通过解释和说明环形分配器的概念、特点以及工作原理，我们可以深入了解其在步进电机系统中的重要作用。

1.2 文章结构文章将按照以下结构进行叙述：引言、正文、环形分配器类型解释说明、步进电机类型概述和结论。

通过这样的层次结构，读者能够逐步了解步进电机和环形分配器之间的关系，并对它们的特点有一个全面且清晰的认识。

1.3 目的本文旨在介绍并阐明环形分配器类型在步进电机系统中的作用。

通过对环形分配器的原理和特点进行详细讲解，读者可以更好地理解步进电机系统的运行原理，以及为什么环形分配器是必不可少的组成部分。

此外，本文还将探讨不同类型步进电机的特点，并展望未来环形分配器类型和步进电机发展方向。

以上就是“1. 引言”部分内容，请根据需要进行修改和完善。

2. 正文正文部分将详细介绍环形分配器类型以及它与步进电机之间的关系。

本节将涵盖环形分配器类型的工作原理、结构和特点，以及步进电机的基本原理和应用领域。

在此之前，让我们先了解一下什么是环形分配器类型。

环形分配器类型是指一种特殊的外围装置，用于控制步进电机的旋转方向和速度。

它可以根据输入信号来驱动电机按照预定模式旋转。

环形分配器类型通常由一个或多个传感器和相关控制电路组成。

接下来，我们将关注环形分配器类型的主要特点。

首先，它具有高精度和可靠性，能够实现精确的位置控制和旋转角度测量。

其次，环形分配器类型具有快速响应速度和较低的噪音水平，可以满足高性能应用对转动效果的要求。

此外，它还具有较高的承载能力和抗干扰能力，在恶劣环境条件下依然稳定运行。

然后，我们来看一看环形分配器类型的工作原理。

在操作过程中，传感器将检测到输入信号，并将其转换为电信号，然后通过控制电路将指令传递给步进电机。

根据不同的输入信号，环形分配器可以确定旋转方向和速度，并将步进电机驱动到相应位置或以特定步长旋转。

《机电系统控制基础》大作业一基于MATLAB的机电控制系统响应分析哈尔滨工业大学2013年12月12日1作业题目1. 用MATLAB 绘制系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。

2. 用MATLAB 求系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。

3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下：X i伺服电机原理图如下：LR(1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ；(2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图；(3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。

源代码：t=[0:0.01:5];u=t;C=[25],R=[1,4,25];G=tf(C,R);[y1,T]=step(G,t);y2=lsim(G,u,t);subplot(121),plot(T,y1);xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on;subplot(122),plot(t,y2);grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');仿真结果及分析：源代码：t=[0:0.001:1];yss=1;dta=0.02;C=[25],R=[1,4,25];G=tf(C,R);y=step(G,t);r=1;while y(r)<yss;r=r+1;endtr=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y);tp1=(tp-1)*0.001;mp=(ymax-yss)/yss;s=1001;while y(s)>1-dta && y(s)<1+dta;s=s-1;endts=(s-1)*0.001;[tr tp1 mp ts]仿真结果及分析：C = 25ans = 0.4330 0.6860 0.2538 1.0000由输出结果知：上升时间为0.4330秒，峰值时间为0.6860秒，最大超调量为0.2538，调整时间1.0000秒。

自动控制原理大作业（设计任务书）：院系：班级：学号：5. 参考图 5 所示的系统。

试设计一个滞后-超前校正装置，使得稳态速度误差常数为20 秒-1，相位裕度为60度，幅值裕度不小于8 分贝。

利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。

+一．人工设计过程1.计算数据确定校正装置传递函数为满足设计要求，这里将超前滞后装置的形式选为)1)(()1)(1()(2121T s T s T s T s K s G cc ββ++++= 于是，校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。

这样就有)5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205==cK所以100=c K这里我们令100=K ，1=c K ，则为校正系统开环传函)5)(1(100)(++=s s s s G首先绘制未校正系统的Bode 图由图1可知，增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为︒23.6504-，这表明系统是不稳定的。

超前滞后校正装置设计的下一步是选择一个新的增益穿越频率。

由)(ωj G 的相角曲线可知，相角穿越频率为2rad/s ，将新的增益穿越频率仍选为2rad/s ，但要求2=ωrad/s 处的超前相角为︒60。

单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。

一旦选定增益频率为2rad/s ，就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。

将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程，即选择2.0=ωrad/s 。

要获得另一个转角频率)/(12T βω=，需要知道β的数值， 对于超前校正，最大的超前相角m φ由下式确定11sin +-=ββφm 因此选)79.64(20==m φβ，那么，对应校正装置相角滞后部分的极点的转角频率为)/(12T βω=就是01.0=ω，于是，超前滞后校正装置的相角滞后部分的传函为1100152001.02.0++=++s s s s 相角超前部分：由图1知dB j G 10|)4.2(|=。

Harbin Institute of Technology机械系统自动控制技术大作业报告题目：伺服控制系统的控制特性研究班级：作者：学号：指导教师：郝明晖郝双晖时间：2015.5.6哈尔滨工业大学摘要交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。

本文主要以交流伺服系统为例进行伺服控制系统的控制特性分析。

一、引言“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。

伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。

图1 伺服系统构成二、伺服系统分类伺服系统的分类方法很多,常见的分类方法有以下三种.（1）按被控量参数特性分类；（2）按驱动元件的类型分类：伺服控制系统按所用控制元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统（液压控制系统）和气动伺服系统；（3）按控制原理分类.伺服系统可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。

常见的四种伺服控制系统有液压伺服控制系统、交流伺服控制系统、直流伺服控制系统、电液伺服控制系统，下面以交流伺服系统为例进行其控制特性分析。

图2 交流控制原理三、性能分析交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。

低档的伺服系统调速范围在1:1000以上，一般的在1:5000—1:10000，高性能的可以达到1:100000以上；定位精度一般都要达到±1个脉冲，稳速精度，尤其是低速下的稳速精度比如给定1rpm时，一般的在0. 1 rpm以内，高性能的可以达到±0.01 rpm 以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90或者幅值不小于50%。

《机电控制技术》课程大作业二四相反应式步进电机环形分配器的设计与分析学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：1108110学号：1110811005姓名：崔晓蒙2013-06-18一．设计任务书1. 设置该大作业的目的步进电机主要应用在开环位置控制系统中，采用步进电机的开环系统，结构简单、调试方便、工作可靠、成本低。

步进电机开环位置控制系统主要由环形分配器、驱动电路和电机三部分组成。

环形分配器的励磁状态决定了步进电机转角、转速、转动方向以及运行的平稳性。

因此，该大作业要求学生针对四相八拍反应式步进电机，自行设计基于小规模集成电路的步进电机环形分配器，通过此大作业，让学生体会步进电机的单步运行的概念，体会步距角、运行频率与转速的关系，掌握环形分配器的输入和输出信号形式。

2. 大作业题目及具体内容设一由环形分配器、驱动电路和四相反应式步进电机组成的开环控制系统，试设计该系统的环形分配器，实现以下功能。

（1）步进电机组成的开环控制系统具有上电复位和手动复位功能；（2）步进电机组成的开环控制系统具有正反转控制功能；3. 具体要求(1) 画出四相八拍反应式步进电机励磁状态转换表；(2) 确定复位状态；(3) 设计上电复位和手动复位电路，设置手动复位开关；(4) 通过卡诺图或布尔代数化简，写出各项的逻辑表达式；(5) 作逻辑图；(6) 在布置作业后提交详细书面报告，要求单面打印并在左侧装订。

二．设计说明书1.四相八拍步进电机励磁状态转换表: A AB B BC C CD D DA A −−→−−→−−→−−→−−→−−→−−→−−→←−−←−−←−−←−−←−−←−−←−−←−−表1 状态转换表2.确定复位状态每次均复位到A 相，复位状态为ABCD=1000，即步进电机A 相绕阻工作，用其非状态表示则为0111=D C B A ，其他绕阻断电。

3.上电复位和手动复位电路4.卡诺图环形分配器采取次状态受现状态控制的方式对电机脉冲进行控制，根据上面的真值表，列出卡诺图，得到A'、B'、C 、'D'的逻辑表达式如下：C B TD C T A ⋅='C D T D A T B ⋅='A D TB A TC ⋅='A B T B C T D ⋅='5.做逻辑图5.1正常工作时：D触发器的PR和CLR端口都是高电平，步进电机的下一状态又现状态按照真值表中的逻辑表达式进行控制，完成预定的功能。

1 前言 (1)1.1序言 (1)1.2步进电机的应用领域 (1)1.3对步进电机的未来展望 (2)1.4设计的主要工作概述 (2)2 总体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2 方案论证 (4)2.3方案选择 (5)3.单元模块电路设计 (6)3.1基于晶振的时钟脉冲发生器设计 (7)3.2 JTAG下载电路的设计 (7)3.3控制端电路设计 (8)3.4电源电路设计 (8)4.脉冲发生器程序设计 (9)4.1 状态配置电路Verilog HDL设计 (10)4.2组合逻辑电路Verilog HDL设计 (12)4.3 顶层文件Verilog HDL设计 (13)5.系统调试 (14)5.1电源电路等硬件电路的调试 (14)5.2脉冲分配器的软件调试 (14)6 设计总结 (17)7 参考文献 (18)附录：四相四拍步进电机脉冲分配器原理图 (19)说明书1 前言1.1序言步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制组件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

单相步进电机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。

多相步进电机有多相方波脉冲驱动，用途很广。

使用多相步进电机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电机各项绕组。

每输入一个脉冲到脉冲分配器，电机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。

正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

四相步进电机原理图本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。

1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。

只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。

图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。

单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。

八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：a. 单四拍b. 双四拍c八拍图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理步进电机驱动器系统电路原理如图3：图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。

使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。

图中L1为步进电机的一相绕组。

AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。

《机电系统控制器与应用》大作业三（2015年春季学期）题目：《机电系统控制器与应用》大作业三姓名：学号：班级：专业：机械设计制造及其自动化报告提交日期：哈尔滨工业大学大作业要求1.请根据课堂内容，自己选择灯闪烁方式，题目自拟，但拒绝雷同和抄袭，否则均为零分；2.作业最后应包含自己的心得、体会或意见、建议等；3.统一用该模板撰写，每份报告字数不少于2000字，上限不限；4.正文格式：小四号字体，行距为1.25倍行距；5.用A4纸双面打印；左侧装订，1枚钉；6.需同时提交打印稿和电子文档予以存档，电子文档由班长收齐，统一发送至：chenzhg@。

7.此页不得删除。

评语：教师签名：年月日大作业题目：彩灯灯控制实验一 功能描述：本实验中利用了PLC 的Q0.0－Q0.7数字量端口控制了8个彩灯，使其每隔一秒亮一个且重复循环。

按实验接线图接通电路并载入程序之后，按下I0.0后所有的灯都熄灭了，而按下I0.1之后，所有的8个灯从Q0.0开始循环亮灭。

二 接线图： 1. I/O 口分配：2. PLC 接线图：灯控制的PLC 接线图如下所示：-+DC24V三梯形图：四连线图：五程序调试及结果分析：把编写好的程序下载到PLC中进行调试，实验结果如下图所示：结果分析：因特殊继电器SM0.0在PLC一上电后就一直保持接通。

所以T37进行延时计时，延时到后启动T38计时，T38计时到后T38常闭触点断开所以T37断开计时，T37常开触点恢复为常开所以 T38也断开计时。

此时T38的常闭触点恢复为常闭所以T37又重新计时，同时计数器C0开始计数一次。

如此的反复计数。

当计数为1时，Q0.0接通。

计数器计数为2是Q0.1接通……如此下去当计数器计数到8 时 Q0.7 接通(其中Q0.0~Q0.7分别接通8个彩灯)。

当计数器计到 9时时计数器C0清零。

当按下在线控制面板上的I0.0接通，此时计数器，和Q0.0~Q0.7都清零，即没有一个灯亮。

只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。

图1四相步进电机步进示意图
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相
绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作
方式。

单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。

八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c 所示：
a.单四拍
b.双四拍c八拍
图2.步进电机工作时序波形图。

分析题（每小题20分，共100分）1. 简化下图所示系统的结构图，求系统的闭环传递函数。

答：2. 如下图所示，已知给定信号X（t）=1(t),试计算H（S）=1，0.1时的系统稳态误差。

答：3. 设(图题46)系统开环传递函数为G(s)，试判别闭环系统稳定与否。

（1）答：4.系统的特征方程为： ,试用劳斯判据判定系统的稳定性S5+3S4+4S3+6S2+8S+5=0答S5 1 4 8S4 3 6 0S3 2 8 0S2 -6 0S1 13.5S0 0劳斯表第一列元素有变化所以系统不稳定5.分析电容传感器的工作原理及其主要应用。

答：电容传感器的工作原理是利用力学量变化使电容器中其中的一个参数发生变化的方法来使信号变换的。

根据改变电容器的参数不同电容传感器可有3类：改变极板遮盖面积的电容传感器：改变极板遮盖面积的电容传感器：改变极板间距离的电容传感器。

在实际应用中，为了提高这类传感器灵敏度、提高测量范围和减小非线性误差，常做成差动式电容器及互感器电桥组合结构，如图3(b)所示。

两边是固定的电极板1和2，中间由弹簧片支承的活动极板3。

2个固定极板与互感器两端及交流电源U相连接，活动极板连接端子和互感器中间抽头端子为传感器的输出端，该输出端电压ΔU随着活动极板运动而变化。

若活动极板的初始位置距2个固定极板的距离均为d0，则固定极板1和活动极板3之间，固定2和活动极板3之间的初始电容相等，若令其为C0。

当活动极板3在被测物体作用下向固定极板2移动Δd时，则位于中间的活动极板到两侧的固定极板的距离分别为：由上述推导可知，活动极板和2个固定极板构成电容分别为：当他们做成差动式电容器及互感器电桥组合结构时，其等效电容为：虽然电容的变化量仍旧和位移Δd成非线性关系，但是消除了级数中的偶次项，使线性得到改善。

当时（在微小量检测中，如线膨胀测量等，一般都能满足这个条件），略去高次项，得：。