مقاله موتور پله‌ای چیست و مشخصه های اساسی آن کدامند؟

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله موتور پله‌ای چیست و مشخصه های اساسی آن کدامند؟ دارای ۵۷ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله موتور پله‌ای چیست و مشخصه های اساسی آن کدامند؟  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله موتور پله‌ای چیست و مشخصه های اساسی آن کدامند؟،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله موتور پله‌ای چیست و مشخصه های اساسی آن کدامند؟ :

الگوی ترافیک مشاهده شده در صفوف بلند آزاد راه ها

۱- چکیده
آنالیز تجربی ارائه شده در این مقاله نشان می دهد که در نمونه های معین چگالی (و همچنین جریان و سرعت متوسط وسایل نقلیه) در صفوف بلند آزاد راه ها روند سازگاری را با آنچه که بوسیله تئوری هیدرودینامیک ترافیک پیش بینی شده است ارائه می‌دهد. این یافته اینطور نشان می دهد که ارزیابی صفوف بلند آزاد راه ها (فواصل مکانی و شرایط ترافیکی صفوف) می تواند به خوبی بوسیله این تئوری ساده توصیف شود. پس از توصیف این روند و شرایط آن برخی از مفاهیم عملی این یافته را ذکر می کنیم.

بطور کلی یافته ها از طریق بازرسی نمودارهائی که بر مبنای شمارش ترافیک آزاد راه بوسیله شمارشگرها (و همچنین تغییراتی که در آنها داده شده است) رسم شده اند به دست آمده اند. این روش تحلیل اطلاعات تابع زمانی توده وسایل نقلیه بین شمارشگرها را آشکار می کند و این مساله برای کشف روند توصیف شده لازم است.
۲- پیش زمینه
در نمونه های معین، تئوری هیدرودینامیک ترافیک چگالی را در صفوف آزادراهها پیش بینی می کند که در دم بالاترین مقدار را دارد و به تدریج کاهش می یابد تا به کمترین مقدار خود درست در بالا دست دهانه (گلوگاه) می رسد. در شکل ۱ این مساله توضیح داده شده است. قسمت بالایی شکل امتدادی فرضی از یک آزاد راه را نشان می دهد که در بالا دست گلوگاه تعدادی تقاطع واقع شده اند.در این شکل گلوگاه به علت قید زمین نشان داده شده است که می تواند دلایل دیگری هم داشته باشد

. ترافیک در بخشهای متشابه (فواصل بین تقاطع ها) بوسیله نموداری مشابه آنچه که در بخش پائینی شکل ترسیم شده است شرح داده شده است. ظرفیت qmax، ماکزیمم جریانی است که می تواند در هر بخش بدون در نظر گرفتن تاثیر خطوطی که از پایین دست می آیند برقرار باشد. اگر در هر صورت، صفی در پائین درست شکل گیرد و به عقب انتقال پیدا کند، جریان در همه بخشها تحت فشار قرار می گیرد و مقادیر کمتری نسبت به qmax بدست می دهد.

این جریان ها با روش ارائه شده توسط Newell (1993) به سادگی قابل تخمین هستند. تقاطع ها بصورت نقاط منفرد در طول آزاد راه مدل می شوند. بنابراین به ازاء هر رمپ، خروجی ها و ورودی ها در این نقاط موجودند. وسایلی که از یک تقاطع به منطقه صف آزاد راه وارد می شوند جریان وسایلی از تقاطع های مشابه از بالا دست می آیند

را محدود می کند یعنی وسایل نقلیه رمپ ورودی فضای آماده راه را از وسایلی که از بالا دست می آیند می گیرند. بنابراین اگر در هر تقاطع نرخ وسایلی که از طریق رمپ های ورودی به آزاد راه وارد می شوند بیشتر از نرخ وسایل خارج شونده توسط رمپ های خروجی باشد، جریان در بخشهای متوالی بالا دست به تدریج کاهش می یابد یعنی جریان صف در بخش ۱ برابر ظرفیت گلوگاه است

، جریان در بخش ۲ برابر ظرفیت گلوگاه منهای ریزش خالص از تقاطع ۱ است و به همین طریق. مطابق آنچه که در نمودار شکل ۱ نشان داده شده است، هر کاهش در جریان صف که در طول رخ می دهد با یک افزایش در چگالی همراه است. (این نمودار همچنین تغییرات سرعت متوسط وسایل را نشان می دهد.) به بیان دیگر، رانندگان در حین حرکت از دم صف به گلوگاه با بهبود یکنواخت شرایط ترافیک مواجه می شوند.

ممکن است وقفه ای در این روند در ناهمگونی ها (مثل تقاطع ها) رخ دهد. این در صورتی است که ترافیک در این موقعیت ها با نمودار بخشهای متشابه توصیف نشده باشد. حتی این نکته هم متصور است که ترافیک می تواند بوسیله یک ایست در بخشهائی که به قدر کافی در بالا دست گلوگاه هستند خرد شود. البته شرایطی را ذکر شد بدون شک کمیاب هستند و به آنها نمی پردازیم.
پس می توان نتیجه گرفت که جریان در بخش صف شده آزاد راه وابسته به توده وسایل نقلیه است این موضوع زمانی اهمیت عملی پیدا می کند که برای مثال طراحی مد نظر باشد. اگر انتخاب نهائی استراتژی کنترل دسترسی از طریق مطالعه رمپ باشد، طرح هندسی تغییر می کند و یا تابلوهای راهنمائی راه براساس ارزیابی توده وسایل پایه گذاری می شود.

ولیکن کاملاً واضح نیست که این روند در چگالی صفوف تا چه اندازه روی طراحی تاثیر می گذارد و هنوز هم در کتابهای ترافیک بحثی راجع به این موضوع نشده است. ولی با این همه این تئوری به خوبی تعریف شده است و انطباق آن با اندازه گیری‌های واقعی در آزاد راه ها در این تحقیق انجام می گیرد.
مشاهدات ما نشان می دهد که زمانی که صف در آنسوی یک تبادل شروع به زیاد شدن می کند جریان وسایل آزاد راه در بالا دست برابر جریان همسایه پائین دست منهای جریان خالص تبادل است.
این جریان بالا دست معمولاً روند تقریباً ثابتی را نشان می دهد (علیرغم وجود نوسانات) برای دوره های زمانی طولانی. در طول این زمان ها، چگالی بخش و جریان آن ارتباط تابعی با هم دارند یعنی ترافیک در اینحالت با نمودار اساسی ترافیک همخوانی دارد. بنابراین برای همه بخشها که هندسه مشترک دارند یک منحنی داریم.

هدف ما بررسی تئوری هیدرودینامیک و کاربرد آن برای پیش بینی ترافیک معین می باشد به عبارت دیگربررسی می کنیم که این تئوری جزئیات کافی برای طراحی ارائه می دهد.
یافته ما همچنین ملاک قابل قبولی برای اینکه چه زمانی از مدلهای دیگر بسط ترافیک استفاده کنیم ارائه می دهد همچنین این روش برای یافتن مکان گلوگاه بسیار مناسب است که در این رابطه در بخش ۵ توضیحات بیشتری ارائه می شود.۳- اطلاعات
اطلاعات استفاده شده در این پروژه در مدت زمان ۲ روز (صبح) از امتداد
Queen Elizabet Way (شکل ۲) گرفته شده اند.

شمارشگرها به شکل دوایر کوچک نشان داده شده اند. ایستگاه شمارشگرها هم در هر خط موجود است که در شکل نشان داده نشده اند. این شمارشگرها اطلاعاتی شامل شمارش وسایل نقلیه، سرعت متوسط زمانی وسایل نقلیه با وقفه های ۲۰ ثانیه‌ای را ضبط می کنند اعداد منتقل شده به ایستگاه‌ها نیز نشان داده شده اند. هر یک از رمپهای ورودی شکل ۲ مطالعه شده اند. به جز رمپ پائین دست شمارشگرهای ۵۳

شرایط این امتداد بزرگراه برای شرح دادن و ثبات روند فوق مناسب ارزیابی شده‌اند. ابتدا اینکه این آزاد راه شامل سه خط عبوری بدون ناهمگونی آشکار است. دیگر اینکه در طول ساعت اوج این آزاد راه، تعداد وسایل ورودی به آزاد راه از طریق رمپهای ورودی بیش از تعداد وسایل خروجی است. بالاخره اینکه اثبات خواهیم کرد که گلوگاه در جایی بین شمارشگرهای ۵۱ و ۵۲ رخ می دهد.
زیرا گلوگاه در جائی پائین دست رمپ و بدون ناهمگونی تشکیل می شود.

زمانی که صف از این گلوگاه در طول آزاد راه زیاد می شود، اندازه گیری چگالی جریان (متوسط) در هر یک از ۵ بخش هاشور خورده (شکل ۲) انجام شده است. این ۵ بخش با شماره های ۱ تا ۵ که در جهت بالا دست افزایش می یابند نشان داده شده‌اند. سه عدد از این بخش ها (بخش ۲و۴و۵) بدون ناهمگونی هستند و دو عدد دیگر (بخش ۱و۳) دارای رمپ ورودی در بالا دست هستند. از اندازه گیری بدست آمده در مرز بخشها برای رسم منحنی ها استفاده می شود.

استفاده ما از نمودارها روند مورد انتظار را در ۵ بخش هاشور خورده نشان می دهد. همچنین نشان می دهد که مقادیر اندازه گیری جریان و چگالی مقادیر مناسبی دارد.
۴- آنالیز
شکل ۳ نمودارهای مجموع شمارش در مقابل زمان که از شمارشگرهای ۵۰ تا ۵۳ اندازه گیری شده اند را نشان می دهد. این نمودارها مربوط به ساعت اوج صبح ۶ آوریل ۱۹۹۸ می باشند. نقطه شروع نمودارها (N=0) مربوط به اندکی قبل از تشکیل صف در گلوگاه می باشند.

شمارش هر نمودار با عبور یک وسیله مرجع شروع شده و شمارش در هر سه خط انجام شده است. به علاوه برای رسم نمودار ۵۰ از تخمین وسایل رمپ ورودی استفاده شده است (بوسیله قانون بقاء در گرموتور پله‌ای چیست و مشخصه های اساسی آن کدامند؟

شکل ۱-۱ مقطع عرضی ساختار یک موتور پله‌ای مدرن نمونه را نشان می دهد؛ این موتور به نام موتور رلوکتانس متغییر تک پشته ای خوانده می شود. ما ابتدا با استفاده از این شکل نحوه عملکرد این ماشین را مطالعه خواهیم کرد. هسته استاتور دارای شش قطب یا دندانه برجسته می باشد، روتور هم دارای چهار قطب است، هر دو هسته روتور و استاتور از جنس فولاد نرم هستند.

سه دسته سیم پیچی همانطور که در شکل نشان داده شده، آرایش داده شده اند. هر دسته دارای دو کلاف است که بصورت سری متصل شده اند. یک دسته از سیم پیچی ها فاز نامیده می شود، و نتیجتاً این ماشین یک موتور سه فاز است. جریان از یک منبع تغذیه DC از طریق کلیدهای I، II، III به سیم پیچی ها تامین می شود.

در وضعیت (۱)، سیم پیچی فاز I از طریق جریان کلید I تغذیه می شود، یا به اصطلاح فنی فاز I تحریک می شود؛ شار مغناطیسی ناشی از تحریک که در فاصله هوایی واقع می شود با پیکانهایی نشان داده شده است. در وضعیت (۱)، دو قطب برجسته استاتور فاز I که تحریک شده اند با دو دندانه از چهار دندانه روتور هم ردیف هستند. این حالت از نظر دینامیکی یک حالت تعادل است.

هنگامیکه کلید II برای تحریک فاز II علاوه بر فاز I بسته می شود، شار مغناطیسی در قطبهای استاتور فاز II به حالت نشان داده شده در وضعیت (۲) بوجود می آید، و گشتاوری در جهت عکس ساعتگرد بعلت “کشش” در خطوط خمیده میدان مغناطیسی بوجود می آید. از اینرو روتور سرانجام به وضعیت (۳) خواهد رسید.
از اینرو روتور با یک زاویه ثابت می چرخد، که “زاویه پله” خوانده می شود، که در این مورد ۱۵ درجه با انجام هر عمل سوئیچینگ است. اکنون اگر کلید I برای تخلیه انرژی فاز I باز شود، روتور ۱۵ درجه دیگر برای رسیدن به وضعیت (۴) حرکت خواهد کرد.

پس موقعیت زاویه ای روتور را می توان برحسب واحدهای زاویه پله از طریق فرآیند سوئیچینگ کنترل کرد. اگر سوئیچینگ به ترتیب انجام شود، روتور با حرکتی پله‌ای خواهد چرخید؛ سرعت متوسط را هم می توان از طریق فرآیند سوئیچینگ کنترل کرد.

امروزه، ادوات حالت جامد بعنوان سوئیچ های الکترونیکی در درایو یک موتور پله‌ای بکار می روند، و سیگنال های سوئیچینگ توسط ICهای دیجیتال یا ریزپردازنده تولید می شوند (شکل ۲-۱). همانطور که در بالا ذکر شد، موتور پله‌ای یک موتور الکتریکی است که ورودی الکتریکی دیجیتال را به یک حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. در مقایسه با دیگر ادواتی که می توانند اعمال مشابه یا یکسانی را انجام دهند، سیستم کنترلی که از یک موتور پله‌ای بهره می برد دارای چندین مزیت مشخص بترتیب زیر است:
۱ معمولاً به هیچ فیدبکی برای کنترل موقعیت یا کنترل سرعت نیاز نمی باشد.
۲ خطای موقعیت جمع ناپذیر است.
۳ موتورهای پله‌ای با تجهیزات دیجیتال مدرن سازگار هستند.
به این دلیل، انواع و کلاس های مختلف موتورهای پله‌ای در لوازم جانبی کامپیوتر، دستگاههای خودکار، و سیستم های مشابه بکار رفته اند.

۲-۳- تاریخچه ابتدایی موتورهای پله‌ای
در شماره ای از [۱]JIEE چاپ سال ۱۹۲۷ مقاله ای با عنوان “کاربرد الکتریسیته در ناوهای جنگی” وجود داشت، و بخشی از این مقاله یک موتور پله‌ای رلوکتانس متغییر سه فاز از نوع فوق را تشریح می کرد که برای کنترل از راه دور نشانگر جهت تفنگها و لوله های اژدرافکن در ناوهای جنگی انگلیسی بکار رفته بود

. همانطور که در شکل ۳-۱ نشان داده شده، یک کلیدگردان مکانیکی برای سوئیچینگ جریان تحریک بکار رفته بود. یک دور چرخش هندل شش پالس پله‌ای تولید می کند که باعث ۹۰ درجه حرکت روتور می شود. حرکت روتور در پله های ۱۵ درجه بمنظور رسیدن به دقت موقعیتی لازم کاهش می یابد.

در این مقاله اشاره شده بود که در طراحی این موتور پله‌ای ظاهراً ساده فاکتورهای بسیاری می بایست مورد توجه قرار گیرند و احتیاطهای بسیاری بمنظور عملکرد مطلوب و مطمئن لحاظ شوند. این ماشین نیاز به نسبت بالای گشتاور به اینرسی اجزاء متحرک بمنظور اجتناب از دست دادن پله دارد، و ثابت زمانی، نسبت اندوکتانس مدار به مقاومت، بایستی کوچک باشد تا به سرعت عملکرد بالایی دست یافت. این مسائل هنوز هم در موتورهای مدرن وجود دارند.

براساس مقاله‌ای[۲] در IEEE Transactions on Automatic Control، موتورهای پله‌ای بعدها در نیروی دریایی ایالات متحده با هدفی مشابه بکار گرفته شدند. با اینکه کاربردهای عملی موتورهای پله‌ای مدرن در دهه ۱۹۲۰ واقع شد، اشکال اولیه موتورهای رلوکتانس متغییر به واقع از قبل وجود داشتند. در مقاله ای نوشته [۳]Byrne آمده است: “موتورهای رلوکتانس از نوع پله ای، که اکنون بعنوان ادوات تعیین موقعیت بکار می روند، مثل “ماشین های بخار الکترومغناطیسی”، موتورهای الکتریکی نیمه قرن نوزدهم بودند”. ما در اینجا به دو نوع اختراع قابل ذکر در سالهای ۱۹۱۹ و ۱۹۲۰ در انگلستان می پردازیم.

۱- ساختار دندانه ای برای به حداقل رساندن زاویه پله. امتیاز اختراعی در انگلستان در سال ۱۹۱۹ توسط یک مهندس عمران در آبردین، اسکاتلند، بنام C.L.Wakler بخاطر اختراع نوعی ساختار موتور پله‌ای اخذ شد که قادر بود با زاویه‌های پله کوچک حرکت کند. هر یک از قطبهای برجسته دارای یک گروه دندانه کوچک است. دندانه های روتور در گام یکسان با دندانه‌های کوچک استاتور می‌باشند،

هنگامیکه فاز I تحریک می شود و شار مغناطیسی در طول مسیری که با منحنی خط چین روی شکل نشان داده شده واقع می شود، گروههای دندانه ها در این فاز با برخی دندانه های استاتور همانطور که در شکل (b) 4-1 نشان داده شده هم ردیف می‌شوند

. در این آرایش، دندانه های روتور و استاتور در فازهای II و III بایستی به اندازه ۳/۱ گام دندانه در جهات متقابل ناهمردیف شوند. هنگامیکه جریان تحریک از فاز I به فاز II سوئیچ می شود، روتور در جهت ساعتگرد به اندازه یک زاویه پله که در این مورد ۷۵/۳ = ۳/ (۳۲/۳۶۰) می باشد خواهد چرخید.

بهرحال اگر جریان تحریک به فاز III سوئیچ شود، چرخش در جهت عکس ساعتگرد با همان زاویه کوچک خواهد بود. Walker در مشخصات اختراع ثبت شده طرحی را برای ساخت نوعی از موتور پله‌ای که امروزه به نام نوع رلوکتانس متغییر چند پشته‌ای خوانده می شود به همراه طرح‌هایی برای ساخت یک موتور خطی ارائه کرد. بهرحال در دهه ۱۹۵۰ بود که موتورهای پله‌ای مدرن که از اساس این اختراع بهره می بردند بصورت تجاری عرضه شدند.

۲- تولید گشتاوری بزرگ از یک ساختار ساندویچی. C.B.Chicken و J.M.Thain در نیوکاسل در تین به سال ۱۹۲۰، امتیاز اختراعی را در آمریکا[۵] بخاطر اختراع یک موتور پله‌ای که می توانست گشتاور بزرگی به ازای واحد حجم روتور تولید نماید به ثبت رساندند.

که ویژگی قابل ذکر آن فولاد نرم روتور است که پی در پی از بین دو هسته الکترومغناطیس متقابل می کند. این ساختار که در آن دندانه های روتور بوسیله دندانه های استاتور احاطه شده‌اند تنها ساختار شناخته شده ایست که می تواند بزرگترین گشتاور را از واحد حجم روتور تولید کند.اما در دهه ۱۹۷۰ بود که یک موتور پله‌ای با بهره گیری از این قاعده بعنوان یک موتور پله‌ای قدرت در ماشین‌های کنترل عددی (NC) ساخت شرکت ژاپنی Fanuc Ltd بکار گرفته شد.

۳-۳- فعالیتهای دانشگاهی
در اواخر دهه ۱۹۵۰ تحقیقات بسیاری روی موتورهای پله‌ای در دانشگاهها و آزمایشگاههای شورهای پیشرفته صنعتی آغاز شد. نتایج تحقیقات در مجلات و ژورنالهای فنی منتشر شدند. دردهه ۱۹۷۰، دو گردهمایی بین‌المللی برگزار شد که متخصصین گروههای صنعتی و دانشگاهی از سراسر جهان برای تبادل گزارشات گردهم آمدن

و بحث هایی را انجام دادند. یکی از آنها “سمپوزیوم سیستمها و ادوات کنترل حرکت پیشرفته” بود که سالانه تا سال ۱۹۷۲ با ریاست پرفسور B.C.kuo از دانشگاه Illinois در Urbana-Champaign برگزار شد، و گردهمایی دیگر “کنفرانس بین‌المللی ادوات و موتورهای پله‌ای” با ریاست پرفسور P.J.Lawrenson از دانشگاه Leeds انگلستان که تا کنون سه بار (در سالهای ۱۹۷۴، ۱۹۷۶، ۱۹۷۹) برگزار شده است. موتور پله‌ای همچنین به عنوان موضوعی در “کنفرانس بین‌المللی ماشینهای الکتریکی کوچک” که توسط انستیتوی مهندسین برق در لندن به سال ۱۹۷۶ برگزار شد، انتخاب گردید.

۴- طرح کلی موتورهای پله‌ای مدرن
در فصل پیش پیشرفت های تاریخی موتورهای پله‌ای را در رابطه با تکنولوژی کنترل عددی دنبال کردیم. در این فصل، نگاهی کلی به انواع گوناگون موتورهای پله‌ای که در حال حاضر بکار می روند خواهد شد، و ساختار و اصول اساسی آنها بدون استفاده از روابط ریاضی بررسی خواهند شد. اصطلاحات فنی که در رابطه با موتورهای پله‌ای بکار می روند تعریف و معانی آنها بررسی خواهد شد.

۱-۴- سیستم های کنترل حلقه- باز
بطور کلی، موتورهای پله‌ای توسط مدارات الکترونیک، اکثراً با منبع تغذیه DC، کار می کنند. موتور پله‌ای در مقایسه با موتورهای معمولی AC یا DC، که اکثراً بطور مستقیم از یک منبع تغذیه درایو می شوند، یک موتور منحصر بفرد می باشد. بعلاوه، موتورهای پله‌ای در کنترل سرعت و موقعیت بدون حلقه های فیدبک پرهزینه کاربرد پیدا می کنند. این روش درایو به نام درایو حلقه- باز خوانده می شود. این بخش به اصول کنترل حلقه- باز موتورهای پله‌ای خواهد پرداخت. جزئیات مدارات الکترونیک عملکرد حلقه- باز در فصل ۵ مورد بحث قرار گرفته اند.

با اینکه کنترل حلقه- باز از نظر اقتصادی روش درایو با صرفه ای است، از محدودیت رها نیست. بطور مثال، چرخش روتور در محدوده های سرعت مشخصی بشکل نوسانی و ناپایدار در می آید، و بخاطر این مشخصه رفتاری، سرعت و شتاب یک موتور پله‌ای کنترل شده توسط یک طرح حلقه- باز نمی تواند به سرعت یک موتور DC درایو شده توسط یک طرح کنترل- فیدبک باشد.

از اینرو، در تلاش برای گسترش محدوده های کاربردی، توقف نوسان مساله ای اساسی است که بایستی حل شود. کنترل حلقه- بسته که روش درایو موثر بدور از ناپایداری بوده و قادر به افزایش سرعت سریع می باشد.
۱-۱-۴- ترکیب سیستم
برای درک ترکیب اساسی سیستم درایو موتور پله ای، درایو یک نوار پانچ را که در ماشینهای کنترل عددی بکار رفته بررسی می کنیم. یک پانچ کننده نوار از یک موتور پله‌ای برای فرستادن نوار کاغذ استفاده می کند. دستورالعمل های کاری ماشینهای کنترل عددی به شکل سوراخهای ایجاد شده توسط این وسیله ذخیره شده‌اند.

موتور پله‌ای بکار رفته برای این منظور معمولاً یک موتور دو- سه یا چهار فاز می باشد. در اینجا یک موتور سه فاز شامل سه دسته سیم پیچی را بررسی می کنیم.
مهمترین ویژگی موتور پله‌ای این است که با یک زاویه ثابت به ازای هر پالس اعمال شده به توالی ساز منطقی می چرخد. مقدار نامی این زاویه (درجه) زاویه پله خوانده می شود.

با دریافت یک پالس دستور پله، توالی ساز منطقی فازی را که باید تحریک (یا انرژی دار) شود و فازی را که بایستی تخلیه انرژی شود تعیین می کند، و سیگنالهایی به درایور موتور که طبقه کنترل کننده جریان تحویلی به موتور می باشد، می فرستد. توالی ساز منطقی معمولاً با تراشه های مدار مجتمع TTL یا CMOS ساخته می شود. هنگامیکه پتانسیل یک کانال خروجی توالی ساز منطقی در سطح H (=بالا) می باشد،

درایور قدرت برای تحریک فاز متناظر سیم پیچی عمل می کند. بطور مشابه، اگر خروجی در سطح L باشد، فاز همشماره تحریک نمی شود، یا خاموش می شود. همانطور که در شکل ۳-۲ نشان داده شده، اگر موتور با ترتیب تحریک …۱ ۳ ۲ ۱ در جهت ساعتگرد (CW=) حرکت کند،

جهت چرخش با ترتیب عکس…۱ ۲ ۳ ۱ در جهت عکس ساعتگرد (CCW=) خواهد بود. در سیستم پانچ نوار، ترتیب معمولاً برای فرستادن نوار در یک جهت ثابت است. بطور کلی، هیچ قاعده مشخصی برای تعیین اینکه کدام جهت ساعتگرد یا عکس آن است وجود ندارد، موتوری که از یک سر در جهت ساعتگرد می چرخد اگر از سر دیگر دیده شود بنظر می رسد که در جهت عکس ساعتگرد حرکت می کند. جهت چرخش معمولاً با تطبیق بخشهای مورد نظر معین می شود.

در این جا فازها با Ph1، Ph2، Ph3 و غیره نشان داده شده اند. یا PhA، PhB برای برخی موتورهای دو فاز. تحریک بکار رفته در شکل ۳-۲ تحریک تکفاز یا یکفاز خوانده می شود، و به این معنی است که به یک فاز از سه فاز (یا از چهار فاز در یک موتور چهار فاز) در هر لحظه توان تحویل داده می شود. تحریک تکفاز اغلب به منظور تشریح اصول اساسی موتورهای پله‌ای ذکر می شود. اما همیشه بهترین روش درایو کردن نیست.

۲-۱-۴- پله و نمو
داده‌ها در هشت ردیف روی یک نوار ضبط شده اند؛ به این معنی که، در هر خط هشت سوراخهای راهنما وجود دارند که دندانه های چرخ دنده به آنها وارد می‌شوند. خطوط در فواصل ۱۰/۱ اینچی (mm45/2) قرار داده شده اند. هنگام ذخیره داده‌ها روی یک نوار بوسیله نوار پانچ کن دستی یا کامپیوتر، نوار mm45/2 جلو رانده می‌شود، برای پانچ یک خط متوقف می شود،

و سپس به اندازه mm45/2 دیگر جلو برده می شود و دوباره متوقف می شود، و همینطور. ساده ترین راه برای پیش راندن نوار به اندازه گام یک خط اعمال یک پالس واحد به توالی ساز منطقی می باشد، به این ترتیب موتور به اندازه یک پله درایو شده، چرخ دنده با زاویه ای معادل یک پله چرخانده می شود، و از اینرو نوار به اندازه mm45/2 رانده می شود.

اما روش دیگر درایو موتور پله‌ای به اندازه چندین زاویه پله برای پیش راندن نوار به اندازه یک خط است. بعنوان مثال، یک موتور چهار فاز با زاویه پله ۸/۱ را می توان برای پیش راندن نوار به اندازه گام یک خط با چهار پله بکار برد. قطر چرخ دنده به اندازه یک چهارم کاهش می یابد، و در نتیجه، اینرسی چرخ دنده به اندازه ۲۵۶/۱=۴ (۴/۱) برابر از چرخ دنده بکار رفته در روش حرکت تک پله‌ای کمتر خواهد بود.

حرکت واحدی که نوار کاغذی را به اندازه یک گام خط، در مورد بالا mm45/2، پیش می راند، اغلب یک نمو نامیده می شود. یک نمو توسط یک پله واحد در مثال اول، و با چهار پله در مثال پیش تحقق می یابد. در موتور مدت زمان مشخصی بعد از تکمیل حرکت یک نمو توقف می کند، تا نوار پانچ شود، و این چرخه خود را تکرار می کند. این نوع از حرکت تکراری شروع و توقف “حرکت نموی ” نامیده می شود، و کنترل مربوط به این نوع عملکرد “کنترل حرکت نموی” خوانده می شود.

تعداد پله ها در هر نمو اغلب بیش از چهار می باشد، بطور مثال در نوار خوان (شکل ۶-۲). هنگامیکه داده روی نوار به کنترلر ماشین کنترل عددی منتقل می شود، عملیات بلوک به بلوک انجام می گیرد. یک بلوک از داده‌ها متشکل از تعدادی خط یا بایت بطور مثال ۳۲، ۴۸ یا ۶۸ خط، می باشد، و این تعداد برحسب سیستم یا مورد متفاوت است

. قبل از اینکه ابزاری حرکت کند، یک بلوک از داده‌ها به حافظه حالت- جامد کنترلر منتقل می شود، و ابزار بنحویکه در اولیه بلوک داده‌ها دستور داده شده حرکت می کند. بعد از اینکه آن دستورات کامل شدند، بلوک بعدی داده‌ها توسط هد خواندن نوار خوان خوانده می شود. اگر سیستم برای درایو به اندازه یک گام خط در یک پله واحد طراحی شده باشد،

و بلوک متشکل از ۳۲ خط یا بایت باشد، هر حرکت از ۳۲ پله تشکیل شده است. اگر یک گام خط با چهار پله درایو شود، یک نمو حرکت با ۱۲۸ پله برای انتقال ۳۲ بیت داده انجام می گیرد. اگر یک حرکت با نمو شامل پله‌های چندگانه باشد بایستی یک طبقه دیگر قبل از توالی ساز منطقی قرار داده شود. طبقه مربوط به این کار در این کتاب «کنترلر ورودی» نامیده می شود. کنترلر ورودی قطاری از تعدادی پالس مشخص در فواصل مناسب را پس از دریافت یک سیگنال ورودی ارسال می کند.

۲-۴- ویژگی‌های موتورهای پله‌ای از نقطه نظر کاربرد
نگاهی به ویژگی های کنترل حلقه- باز موتورهای پله‌ای می اندازیم، و چند اصطلاح فنی را تشریح می کنیم.
۱-۲-۴- زاویه پله کوچک و چگونگی دستیابی به آن
یک موتور پله‌ای با یک زاویه ثابت به ازای هر پالس می‌چرخد. همانطور که پیش‌تر توضیح داده شد، مقدار نامی آن “زاویه پله” یا در بعضی کتابها[۱] طول پله نامیده می‌شود و برحسب درجه بیان می شود. کاهش زاویه پله دقت تعیین موقعیت را افزایش می دهد. یک ویژگی موتورهای پله‌ای این است که می توانند یک زاویه پله کوچک را تحقق بخشند. مهندسین به تعداد پله بر دور توجه دارند، که در این جا با S نشان داده شده است و به روشنی زاویه پله با S طبق رابطه زیر مرتبط است:
=۳۶۰/S (1-2)

S به تعداد دندانه های روی روتور (Nr) و تعداد فازها m طبق روابط زیر مرتبط است، برای موتورهای رلوکتانس متغییر
S=mNr 2-2)a(
یا برای موتورهای آهنربای دائمی و موتورهای هیبرید که بعداً بررسی خواهند شد
S=2mNr 2-2)b(
تعداد معمول فازهای موتورهای رلوکتانس متغییر ۳،۴و۵ می باشد، و معمول ترین موتور هیبرید دو فاز دارد ولی انواع سه و پنج فاز هم موجودند. بطور مثال تعداد زیاد دندانه های روتور، Nr، ۵۰ یا ۱۰۰ می باشد.

موتورهای طراحی شده به منظور استفاده در درایو گردونه های کاراکتر (شکل
۷-۲) در یک چاپگر یا ماشین تایپ دارای ۹۶، ۱۲۸ یا ۱۳۲ پله بر دور می باشند. یک موتور دو یا چهار فاز استاندارد ۲۰۰ پله دارد. برخی موتورهای دقیق برای دستیابی به یک دور با ۵۰۰ یا ۱۰۰۰ پله طراحی شده اند. بهرحال، زوایای پله در برخی موتورهای ساده به بزرگی ۵/۷، ۱۵ هستند، و یک موتور مخصوص بکار رفته در ساعت مچی دارای یک زاویه پله ۱۸۰ می باشد.

۲-۲-۴- گشتاور بازیابی و نگهدارنده بالا
موتورهای پله‌ای طوری طراحی شده اند که گشتاور استاتیک بزرگی دارای تولید می شود. این امر موتور را قادر به راه اندازی وتوقف سریع و نشان دادن یک گشتاور بازیابی قوی به هنگام جابجایی از موقعیت سکون ناشی از گشتاور بار می کند. همانطور که بعداً بحث خواهد شد، فاصله هوایی بین دندانه های روتور و استاتور تا حد امکان برای این منظور کوچک طراحی شده است. ما اغلب از اصطلاحات گشتاور نگهدارنده، و گشتاور “گیره ” در رابطه با گشتاور استاتیک استفاده می کنیم. تعریف آنها بصورت زیر است:

۱ گشتاور نگهدارنده. بعنوان گشتاور استاتیک ماکزیمم اعمال شده به محور یک موتور تحریک شده با جریان نامی در یک حالت مشخص بدون بروز چرخش پیوسته تعریف می شود.
۲- گشتاور گیره. بعنوان گشتاور استاتیک ماکزیمم اعمال شده به محور یک موتور تحریک نشده بدون بروز چرخش پیوسته تعریف می شود.

بطور کلی، هرچه گشتاور نگهدارنده بزرگتر باشد، خطای موقعیت ناشی از بار کوچکتر است در حالت ایده آل، گشتاور نگهدارنده از فاز یا فازهایی که تحریک شده‌اند مستقل است. هنگامیکه تغییرات قابل توجهی دیده می شود، گشتاور نگهدارنده یک موتور حداقل مقدار گشتاورهای استاتیک مینیمم اندازه گیری شده در تمامی حالات ممکن، بطور مثال در سه حالت یک موتور می باشد.
ه) در نتیجه فاصله عمودی بین نمودارها توده (مجموع) وسایل نقلیه بوده است که بین شمارشگرها رخ داده است در هر حال، هر نمودار در شکل ۳ (و محور زمان متشابه) بوسیله متوسط فرضی زمان سفر جریان آزاد بین شمارشگر مخصوص خود و شمارشگر ۵۳ به سمت راست منتقل شده است

. بنابراین فاصله عمودی بین نمودارها برابر است با توده وسایل اضافه بین شمارشگرها ناشی از تاخیر مربوط به وسایل نقلیه. انتقال نمودارها به این روش سودمند است زیرا دو نمودار روی هم گذاشته شده نشان می دهد که ترافیک در ناحیه تداخلی آزادانه جریان داشته است نمودار به کمک درونیابی خطی از شمارش ها در هر ۲۰ ثانیه رسم شده اند.