【正文】 電順序，按A→C→B→A順序循環(huán)通電，則轉(zhuǎn)子就按逆時針方向以每個通電脈沖轉(zhuǎn)動3186。的規(guī)律轉(zhuǎn)動。因為每一瞬間只有一相繞組通電，并且按三種通電狀態(tài)循環(huán)通電，故稱為單三拍運行方式。單三拍運行時的步矩角為30186。三相步進電動機還有兩種通電方式，它們分別是雙三拍運行，即按AB→BC→CA→AB順序循環(huán)通電的方式，以及單、雙六拍運行，即按A→AB→B→BC→C→CA→A順序循環(huán)通電的方式。六拍運行時的步矩角將減小一半。反應(yīng)式步進電動機的步距角可按下式計算： （2）式中，Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m為定子相數(shù)；C為通電方式，C=1 單向輪流導(dǎo)通電，雙向輪流通電方式，C=2 單，雙向輪流通電方式。目前常用的有三種步進電動機：　　1反應(yīng)式步進電動機(VR)。反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角?。坏珓討B(tài)性能差。2永磁式步進電動機(PM)。永磁式步進電動機出力大，動態(tài)性能好；但步距角大。3混合式步進電動機(HB)?；旌鲜讲竭M電動機綜合了反應(yīng)式、永磁式步進電動機兩者的優(yōu)點，它的步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進電動機。它有時也稱作永磁感應(yīng)子式步進電動機。圖25 步進電機控制系統(tǒng)功能框圖步進電動機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅(qū)動器，如圖25所示，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護單元等組成。圖中點劃線所包圍的二個單元可以用微機控制來實現(xiàn)。驅(qū)動單元與步進電動機直接耦合，也可理解成步進電動機微機控制器的功率接口。將“電機固有步距角”細分成若干小步的驅(qū)動方法，稱為細分驅(qū)動，細分是通過驅(qū)動器精確控制步進電機的相電流實現(xiàn)的，與電機本身無關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級近似階梯波），則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場合力，會使轉(zhuǎn)子有N個新的平衡位置（形成N個步距角）。圖26 實驗中使用的步進電機驅(qū)動器圖27 實驗中所使用的溫度傳感器溫度是過程檢測與控制中的重要參量,在要求對溫度進行精確測量和控制的條件下,鉑熱電阻是一種應(yīng)用廣泛的溫度傳感器,具有體積小、準確度高、測溫范圍寬、穩(wěn)定性好、正的溫度系數(shù)等特點,但它同時也存在非線性的缺點,因此在利用鉑熱電阻進行精確溫度測量時,除要克服測量電路自身的噪聲干擾外,還要對鉑熱電阻的非線性進行矯正。鉑電阻的物理特性。在氧化性介質(zhì)中，甚至在高溫下，鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定；但在還原性介質(zhì)中，特別是在高溫下，很容易被氧化中還原成金屬蒸汽所玷污，以至使鉑絲變脆，并改變電阻與溫度的關(guān)系，另外，鉑是貴金屬，價格較貴。盡管如此，從對熱電阻的要求來衡量，鉑在極大程度上能滿足要求，所以它是制造基準熱電阻，標注熱電阻和工業(yè)用熱電阻的最好材料，至于它的缺點，可以用保護套管設(shè)法避免或減輕。鉑電阻與溫度的關(guān)系可以用下式表示： （3）式中: ——溫度為t℃時鉑電阻的電阻值 ——溫度為0℃時鉑電阻的電阻值 ——常數(shù) ——常數(shù) ——常數(shù) 表21 鉑電阻分度表（Pt100）（1）電阻應(yīng)變式傳感器圖28 雙孔懸臂梁電阻應(yīng)變式壓力傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器, 傳感器由在彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件構(gòu)成。 當被測物理量作用在彈性元件上時, 彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化, 通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電量輸出, 電量變化的大小反映了被測物理量的大小。應(yīng)變式電阻傳感器是目前測量力、力矩、 壓力、加速度、重量等參數(shù)應(yīng)用最廣泛的傳感器。2）電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在受到外界力（拉力或壓力）作用時，產(chǎn)生機械變形，機械變形導(dǎo)致其阻值變化，這種因形變而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的阻值隨其機械應(yīng)變而變化的道理很簡單，因為導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻R = 與電阻率及其幾何尺寸（其中L為長度，S為截面積）有關(guān)，當導(dǎo)體或半導(dǎo)體受到外力作用時，這三者都會發(fā)生變化，從而引起電阻的變化。因此通過測量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。 設(shè)有一圓形截面的金屬絲，長度為l，截面積為S，材料的電阻率為，這段金屬線的電阻值R為（4）r為金屬絲的半徑，當金屬絲受拉力作用時，其長度l，截面積S（），電阻率的相應(yīng)變化為dl，dS，d，因而引起電阻變化。對上式全微分可得: （5）以R除左式， 除右式，得電阻相對變化量:（6）式中， 為金屬絲的軸向應(yīng)變； 為金屬絲的徑向應(yīng)變； 為電阻率的相對變化量。軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為：（7）式中： ———金屬材料的泊松系數(shù)。綜合以上兩式可得:（8）令: （9）Ks稱為金屬絲的靈敏系數(shù)，表示金屬絲產(chǎn)生單位應(yīng)變時，電阻相對變化的大小。顯然，Ks越大，單位應(yīng)變引起的電阻相對變化越大，故越靈敏。通常采用電橋電路來將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，圖9是一個單臂橋電路，RRR3為固定電阻，R4為電阻應(yīng)變片，U為加載在電橋上的電源電壓，我們考慮它不變，U0為輸出電壓。分析一下U0與R4的關(guān)系。U0UR4R3R2R1 圖29 單臂橋電路通過簡單計算可以得出： (10)假定 時，有: （11） 金屬應(yīng)變片： （12）在實際使用中為了提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個應(yīng)變片接成差動的全橋工作方式,使得： （13） 電阻絲（加熱器）焦耳定律： 　　電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規(guī)律叫做焦耳定律，它最先是由英國科學(xué)家焦耳發(fā)現(xiàn)的。 焦耳定律可以用如下的公式表示： （14）但是這種公式只適用于純電阻電路，即電流通過導(dǎo)體時，如果電能全部轉(zhuǎn)化為熱，而沒有同時轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，那么就是純電阻電路，電流產(chǎn)生的熱量Q就等于消耗的電能W，即 = （15） 簡單的可控恒流電路設(shè)計實驗中我們所用的電阻絲加熱器，需要的電流大約為幾十毫安，基于此，本次實驗本人用運算放大器和三極管設(shè)計了一個恒流電路，見圖210。此電路受輸入電壓控制。圖中V1為電壓源，采用12V供電，V2為輸入電壓，由D/A板輸出，R1為負載R2為控制電阻，根據(jù)集成運放輸入虛短與虛斷的理論，以及三極管在工作區(qū)，集電極電流受基極電流控制，可以很容易的得出，輸出電流I: （16），從安全以及設(shè)計需要，本人用Multisim進行了仿真，Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。關(guān)于Multisim這一模擬電路中經(jīng)常用到的仿真軟件的其他信息，文中不再贅述。仿真結(jié)果見圖213到圖215。圖210 恒流源電路圖211 恒流源仿真運行1圖212 恒流源仿真運行2圖213 恒流源仿真運行3通過仿真可以看到，本恒流源輸出電流基本不受負載變化的影響，并且通過調(diào)節(jié)電阻R2可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電流，設(shè)計可行。在測量系統(tǒng)的硬件部分完全搭建好之后，基于dSPACE的固體界面?zhèn)鳠崛詣訙y量系統(tǒng)試驗的開發(fā)步驟主要包括以下幾點：①Matlab/Simulink模型建立以及離線仿真。利用Matlab/Simulink建立仿真對象的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計控制方案，并對系統(tǒng)進行離線仿真。②輸入/輸出接口（I/O）的接入生成試驗?zāi)Ｐ?。在Matlab/Simulink中保留需要下載到dSPACE中的模塊，從RTI庫中選擇實時控制所需要的的I/O模塊，用硬件接口關(guān)系替代原理的邏輯連接關(guān)系，并對I/O參數(shù)進行設(shè)置，在一些情況下還需要設(shè)置軟硬件中斷優(yōu)先級。③利用RTW和dSPACE提供的工具自動生成代碼并下載。由于MATLAB與dSPACE無縫連接的特性，因此只需簡單的操作即可完成目標操作系統(tǒng)的實時C代碼的生成、編譯、鏈接和下載，將模型下載為目標板DS1103上可運行的程序。④dSPACE綜合實驗和調(diào)試。利用dSPACE提供的ControlDesk軟件，對實時運算數(shù)據(jù)進行獲取、改變參數(shù)并進行實時控制等。圖31顯示了基于dSPACE的固體界面?zhèn)鳠嶙詣訙y量系統(tǒng)開發(fā)流程。圖31 基于dSPACE的固體界面?zhèn)鳠嶙詣訙y量系統(tǒng)開發(fā)流程 Matlab簡單介紹圖32 本次實驗中本人所用Matlab R2011a（1）Matlab產(chǎn)生的歷史背景在20世紀70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美國國家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫。EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序庫，LINPACK是解線性方程的程序庫。在當時，這兩個程序庫代表矩陣運算的最高水平。到20世紀70年代后期，身為美國New Mexico大學(xué)計算機系系主任的Cleve Moler，在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時，想教學(xué)生使用EISPACK和LINPACK程序庫，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用FORTRAN編寫接口程序很費時間，于是他開始自己動手，利用業(yè)余時間為學(xué)生編寫EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler給這個接口程序取名為MATLAB，該名為矩陣（matrix）和實驗室（laboratory）兩個英文單詞的前三個字母的組合。在以后的數(shù)年里，MATLAB在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費軟件廣為流傳。1984年，Cleve Moler和 John Lithe成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向市場，并繼續(xù)進行MATLAB的研究和開發(fā)。在當今30多個數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言，可分為兩大類。一類是數(shù)值計算型軟件，如 MATLAB、Xmath、Gauss等，這類軟件長于數(shù)值計算，對處理大批數(shù)據(jù)效率高；另一類是數(shù)學(xué)分析型軟件，如Mathematica、Maple等，這類軟件以符號計算見長，能給出解析解和任意精度解，其缺點是處理大量數(shù)據(jù)時效率較低。MathWorks公司順應(yīng)多功能需求之潮流，在其卓越數(shù)值計算和圖示能力的基礎(chǔ)上，又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號計算、文字處理、可視化建模和實時控制能力，開發(fā)了適合多學(xué)科、多部門要求的新一代科技應(yīng)用軟件MATLAB。經(jīng)過多年的國際競爭，MATLAB 已經(jīng)占據(jù)了數(shù)值型軟件市場的主導(dǎo)地位。時至今日，經(jīng)過Math Works公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、多種工作平臺的功能強勁的大型軟件。在國外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問題。（2） MATLAB的語言特點①語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書寫形式自由，利用其豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必擔(dān)心函數(shù)的可靠性。可以說，用MATLAB進行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。②運算符豐富。由于MATLAB是用C語言編寫的，MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短，具體運算符