to the sequence in  Table 10.1.  They are in agreement. Boolean expressions that pro-
duce the four desired phased outputs from the two counter bits can be represented in 
both AND-OR-NOT and XOR forms: 
φ
1
φ
2
φ
2
⊕1
=
=
φ
2
B
0
B
1
( ⋅
B
0
B
1
( ⋅
)
+
B
0
B
1
=
=
φ
3
B
1
=
φ
4
B
1
B
1
⊕1
=
=
(10.18)  
These expressions can be verified (Class Discussion Item 10.5) by checking the sig-
nal values at different times in the timing diagram shown in  Figure 10.30 . The pur-
pose for representing the Boolean expressions in XOR form is to allow the logic to 
be executed using a single IC (the quad XOR 7486); otherwise, three ICs would be 
required for the AND, OR, and NOT representation. 
■ CLASS DISCUSSION ITEM 10.5
Stepper Motor Logic
Construct a truth table for the timing diagram in Figure 10.30 and verify that Equa-
tions 10.18 are correct. Also, show that the sum-of-product and product-of-sum 
results for 
2
are equivalent.
THREADED DESIGN EXAMPLE
Stepper motor position and speed controller—Stepper motor driver 
B.3
The figure below shows the functional diagram for Threaded Design Example B (see 
Section 1.3 and Video Demo 1.7), with the portion described here highlighted.
stepper
motor
driver
potentiometer
microcontroller
A/D
light-
emitting
diode
stepper
motor
mode button
PIC
position buttons
V
i
d
e
o
D
e
m
o
1.7Stepper motor 
position and speed 
controller
10.6 Stepper Motors 
461
Change pdf to jpg on - Convert PDF to JPEG images in C#.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF project
How to convert PDF to JPEG using C#.NET PDF to JPEG conversion / converter library control SDK
change pdf to jpg; batch pdf to jpg converter online
Change pdf to jpg on - VB.NET PDF Convert to Jpeg SDK: Convert PDF to JPEG images in vb.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF project
Online Tutorial for PDF to JPEG (JPG) Conversion in VB.NET Image Application
conversion of pdf to jpg; changing pdf file to jpg
462 
CHAPTER 10 
Actuators
The figure below shows all components and interconnections required to drive a 
stepper motor from a PIC. A commercially available stepper motor driver IC, the E-Lab 
can be found in the data sheet at Internet Link 7.16. Only two signals from the PIC are 
required to driv 
vide 
enough current to drive typical stepper motor coils. Refer to the EDE1200 data sheet for 
more information.
PIC16F84
RB6
RB5
11
12
EDE1200
5 V
3, 4, 6,
8, 10, 14
5
15
16
ULN2003A
8
17
18
1
2
1
2
3
4
16
15
14
13
5 V
9
1N4732
7
9
1–2 common (red)
coil 1 (yellow)
coil 2 (orange)
coil 3 (brown)
coil 4 (black)
3–4 common (green)
OSC
DIR
STEP
O1
O2
O3
O4
IN1
IN2
IN3
IN4
O1
O2
O3
O4
The code required to move the motor follows. The move subroutine first determines the 
required direction and magnitude of the motion, based on the user-selected new_ motor_ pos 
value. This value is compared to the current motor position (motor_ pos) to determine and 
move_ 
steps (with the help of subroutine step_motor) then sends pulses to the motor causing rotation. 
The rotational speed is a function of the previously set step_ period.
' Define I/O pin names
motor_dir Var PORTB.6 
' stepper motor direction bit (0:CW 1:CCW)
motor_step Var PORTB.5  ' stepper motor step driver (1 pulse = 1 step)
' Define Constants
CW Con 0 
' clockwise motor direction
CCW Con 1 
' counterclockwise motor direction
 (the motor step size is 7.5 degrees)
move:
If (new_motor_pos > motor_pos) Then
motor_dir = CW
delta = new_motor_pos - motor_pos
I
n
t
e
r
n
e
t
L
i
n
k
7.16EDE1200 
unipolar stepper 
motor driver
Online Convert Jpeg to PDF file. Best free online export Jpg image
Download Free Trial. Convert a JPG to PDF. Web Security. All your JPG and PDF files will be permanently erased from our servers after one hour.
.pdf to jpg converter online; .net pdf to jpg
Online Convert PDF to Jpeg images. Best free online PDF JPEG
Download Free Trial. Convert a PDF File to JPG. Web Security. Your PDF and JPG files will be deleted from our servers an hour after the conversion.
changing pdf to jpg on; batch pdf to jpg converter
Else
motor_dir = CCW
delta = motor_pos - new_motor_pos
EndIf
' Determine the required number of steps (given 7.5 degrees per step)
num_steps = 10* delta / 75
' Step the motor the appropriate number of steps
Gosub move_steps
' Update the current motor position
motor_pos = new_motor_pos
Return
move_steps:
For i = 1 to num_steps
Gosub step_motor
Next
Return
'  direction
step_motor:
Pulsout motor_step, 100 *step_period ' (100 * 10microsec = 1 millisec)
Pause step_period
' Equivalent code:
' High motor_step
' Pause step_period
' Low motor_step
' Pause step_period
Return
10.7 SELECTING A MOTOR 
When selecting a motor for a specific mechatronics application, the designer must 
consider many factors and specifications, including speed range, torque-speed varia-
tions, reversibility, operating duty cycle, starting torque, and power required. These 
and other f
acturer. 
As we will see, the torque-speed curve provides important information, helping to 
answer many questions about a motor’s performance. Recall that the torque-speed 
curve displays the torques the motor can deliver at different speeds at rated voltage. 
Figure 10.31  shows an example of a torque-speed curve for a stepper motor, and  Fig-
ure 10.32  shows an example of a torque-speed curve for a servomotor. These figures 
are examples from motor manufacturer specification sheets. 
10.7 Selecting a Motor 
463
C# Image Convert: How to Convert Adobe PDF to Jpeg, Png, Bmp, &
String inputFilePath = @"C:\input.pdf"; String outputFilePath = @"C:\output.jpg"; // Convert PDF to jpg. C# sample code for PDF to jpg image conversion.
convert pdf to jpg; changing file from pdf to jpg
C# Image Convert: How to Convert Tiff Image to Jpeg, Png, Bmp, &
RasterEdge.XDoc.PDF.dll. C:\input.tif"; String outputDirectory = @"C:\output\"; // Convert tiff to jpg and show How to change Tiff image to Bmp image in your C#
to jpeg; convert pdf file to jpg file
464 
CHAPTER 10 
Actuators
motor for an application include the following:
■ 
Will the motor start and will it accelerate fast enough?  The torque at zero 
speed, called the  starting torque,  is the torque the motor can deliver when rota-
tion begins. For the system to be self-starting, the motor must generate torque 
sufficient to overcome friction and any load torques.  
The acceleration of the motor and load at any instant is given by
α
T
motor
T
load
(
)⁄J
=
(10.19)   
Figure 10.31 Typical stepper motor performance curves. 
(Courtesy of Aerotech, Pittsburgh, PA)
Figure 10.32 Typical servomotor performance curves. 
(Courtesy of Aerotech, Pittsburgh, PA)
JPG to PNG Converter | Convert JPEG to PNG, Convert PNG to JPG
Allow to change converting image with adjusted width & height; Change image resolution Open JPEG to PNG Converter first; Load JPG images from local folders in
convert pdf images to jpg; best pdf to jpg converter online
C# Create PDF from images Library to convert Jpeg, png images to
Batch convert PDF documents from multiple image formats, including Jpg, Png, Bmp, Gif, Tiff, Bitmap, .NET Graphics, and REImage.
bulk pdf to jpg converter; convert pdf pictures to jpg
 where  α  is the angular acceleration in rad/sec 2 ,  T  
motor
is the torque produced 
by the motor,  T  
load
is the torque dissipated by the load, and  J  is the total polar 
moment of inertia of the motor rotor and the load. The difference between 
ing speed.  
■ 
What is the maximum speed the motor can produce?  The zero torque point 
on the torque-speed curve determines the maximum speed a motor can reach. 
Note that the motor cannot deliver any torque to the load at this speed. When 
the motor is loaded, the maximum no-load speed cannot be achieved.  
■ 
What is the operating duty cycle?  When a motor is not operated continu-
ously, one must consider the operating cycle of the system. The  duty cycle  is 
def
time. If a load requires a low duty cycle, a lower-power motor may be selected 
that can operate above rated levels but still perform adequately without over-
heating during repeated on-off cycles.  
■ 
How much power does the load require?  The power rating is a very impor-
tant specification for a motor. Knowing the power requirements of the load, 
a designer should choose a motor with adequate power based on the duty cycle.  
■ 
What power source is available?  Whether the motor is AC or DC might be a 
critical decision. Also, if battery power is to be used, the battery characteristics 
must match the load requirements.  
■ 
What is the load inertia?   As  Equation 10.19  implies, for fast dynamic 
response, it is desirable to have low motor rotor and load inertia  J.  When the 
load inertia is large, the only way to achieve high acceleration is to size the 
motor so it can produce much larger torques than the load requires under 
steady state conditions.  
■ 
Is the load to be driven at constant speed?  The simplest method to achieve 
constant speed is to select an AC synchronous motor or a DC shunt motor 
which runs at a relatively constant speed over a significant range of load 
torques. Stepper motors and servomotors can also be driven at constant and 
accurate speeds, but these alternatives can involve more cost and might not be 
available in larger sizes (e. g., as required in industrial applications).  
■ 
Is accurate position or speed control required?  In the cases of angular position-
wever, 
if you attempt to drive a stepper motor at too fast a step rate or if the load torque 
is too large, the stepper motor may slip and not execute the number of steps 
a stepper motor to check if the motor has achieved the desired motion. 
For some complex motion requirements, where precise position or speed 
prof
10.7 Selecting a Motor 
465
JPG to JBIG2 Converter | Convert JPEG to JBIG2, Convert JBIG2 to
Users may easily change image size, rotate image angle, set image rotation in dpi Covert JPG & JBIG2 image with high-quality; Provide user-friendly interface
convert .pdf to .jpg; convert pdf into jpg
VB.NET PDF Convert to Images SDK: Convert PDF to png, gif images
Convert PDF to Jpg, Png, Bmp, Gif, Tiff and Bitmap in ASP.NET. Or directly change PDF to Gif image file in VB.NET program with this demo code.
convert pdf file into jpg format; change format from pdf to jpg
466 
CHAPTER 10 
Actuators
perform prescribed programmed motion), a servomotor may be the best choice. 
 servomotor  is a DC, AC, or brushless DC motor combined with a position 
sensing device (e.g., a digital encoder). The servomotor is driven by a pro-
ied 
voltages and currents to the motor to achieve specified motion profiles. This 
is called  closed-loop control,  since it includes sensor feedback. A servomotor 
is typically more expensive than a stepper motor, but it can have a much faster 
and smoother response. Video Demo 10.19 shows the typical components in 
a commercial servomotor system, and Internet Link 10.7 provides links to 
resources and vendors of motion control products.  
For small-scale robotics and hobby projects, an RC servo is a good option. 
An RC servo is a small DC motor with an integral potentiometer (to sense 
shaft angle) and feedback electronics to provide position control directed by a 
PWM input signal. Originally developed and used mostly for radio or remote-
controlled (RC) model planes, cars, and boats, they are versatile components 
certain width are sent to the motor, the shaft turns to and holds the correspond-
ing position until the pulse width is changed. RC servos can also be modified 
to operate in continuous rotation in either direction at varying speeds. An 
e
servos can be found at Internet Link 10.8. Video Demos 10.20 and 10.21 show 
interesting examples of student projects utilizing RC servos.
■ 
Is a transmission or gearbox required?  Often loads require low speeds and 
large torques. Since motors usually have better performance at high speed and 
low torque, a speed-reducing transmission (gear box or belt drive) is often 
needed to match the motor output to the load requirements. The term  gear 
motor  is used to refer to a motor-gearbox assembly sold as a single package. 
When a transmission is used, the effective inertia of the load is
J
eff
J
load
ω
load
ω
motor
--------------
2
=
(10.20)   
 where  J  
eff
is the effective polar moment of inertia of the load as seen by the 
motor. The sum of this inertia and the motor rotor inertia can be used in 
Equation 10.19  (i.e.,  J   =   J  
motor 
  J  
eff 
) to calculate acceleration. The speed 
ratio in  Equation 10.20  is called the  gear ratio  of the transmission. It is 
often specified as a ratio of two numbers, where one or both numbers 
are integers (which is always the case when using meshing gears, which 
have integer numbers of teeth). So a gear ratio is sometimes written  N  : 
M,  which can be read as:  N  to  M  gear reduction. This means  N  turns of the 
motor are required to create  M  turns of the load, so for an  N  :  M  gear ratio, 
the speeds are related by
ω
load
M⁄( N
motor
=
(10.21)    
V
i
d
e
o
D
e
m
o
10.19Servo-motor 
system
10.15RC servo 
with pulse-width-
modulation input
10.20Sign 
language machine
10.21Automatic 
sensing prosthetic
I
n
t
e
r
n
e
t
L
i
n
k
10.7Motor and 
motion controller 
online resources 
and vendors
10.8RC servo 
motor resource
Figure 10.33 Motor operating speed.
torque
speed
operating
speed
load
line
motor
torque-speed
curve
operating
point
■ CLASS DISCUSSION ITEM 10.7
Examples of Electric Motors
Make a list of the different types of electric motors found in household devices and 
used for each example you cite.
■ CLASS DISCUSSION ITEM 10.6
Motor Sizing
Why is it important not to oversize a motor for a particular application?
■ 
Is the motor torque-speed curve well matched to the load?  If the load has 
a well-defined torque-speed relation, called a  load line,  it is wise to select a 
torque can match the load torque over a large range of speeds, and the speed 
can be controlled easily by making small changes in voltage to the motor.  
■ 
For a given motor torque-speed curve and load line, what will the operating 
speed be?  As  Figure 10.33  illustrates, for a given motor torque-speed curve 
and a well-defined load line, the system settles at a fixed speed operating point. 
Furthermore, the operating point is self-regulating. At lower speeds, the motor 
torque exceeds the load torque and the system accelerates toward the operating 
point, but at higher speeds, the load torque exceeds the motor torque, reduc-
ing the speed toward the operating point. The operating speed can be actively 
changed by adjusting the voltage supplied to the motor, which in turn changes 
the torque-speed characteristic of the motor.
■ 
Is it necessary to reverse the motor?  Some motors are not reversible due to 
their construction and control electronics, and care must be exercised when 
selecting a motor for an application that requires rotation in two directions.  
■ 
Are there any size and weight restrictions?  Motors can be large and heavy, 
and designers need to be aware of this early in the design phase.    
10.7 Selecting a Motor 
467
468 
CHAPTER 10 
Actuators
10.8 HYDRAULICS 
Hydraulic systems are designed to move large loads by controlling a high-pressure 
fluid in distribution lines and pistons with mechanical or electromechanical valves. 
A hydraulic system, illustrated in  Figure 10.34 , consists of a pump to deliver high-
pressure fluid, a pressure regulator to limit the pressure in the system, valves to con-
trol flow rates and pressures, a distribution system composed of hoses or pipes, and 
tained in the dashed box in the figure, is typically used to power many hydraulic 
valve-actuator subsystems. 
A hydraulic  pump  is usually driven by an electric motor (e.g., a large AC induc-
tion motor) or an internal combustion engine. Typical fluid pressures generated by 
pumps used in heavy equipment (e.g., construction equipment and large industrial 
machines) are in the 1000 psi (6.89 MPa) to 3000 psi (20.7 MPa) range. The hydrau-
lic fluid is selected to have the following characteristics: good lubrication to prevent 
wear in moving components (e.g., between pistons and cylinders), corrosion resis-
tance, and incompressibility to provide rapid response. Most hydraulic pumps act by 
positive displacement,  which means they deliver a fixed volume of fluid with each 
cycle or rotation of the pump. The three main types of positive displacement pumps 
used in hydraulic systems are gear pumps, vane pumps, and piston pumps. An exam-
ple of a  gear pump,  which displaces the fluid around a housing between teeth of 
meshing gears, is shown in  Figure 10.35 . Note that the meshing teeth provide a seal, 
tank
filter
motor
pump
pressure
regulator
control
valve
cylinder
P A
T B
infrastructure
Figure 10.34 Hydraulic system components.
Figure 10.35 Gear pump.
shaft rotation
outlet (P)
inlet (T)
fluid
carried
between
teeth 
Figure 10.36 Vane pump.
inlet
outlet
vane
spring or
hydraulic
pressure
slotted rotor
vane guide
motor shaft
gears. Video Demos 10.22 and 10.23 show and describe various types of gear pumps. 
Figure 10.36  illustrates a  vane pump,  which displaces the fluid between vanes 
guided in rotor slots riding against the housing and vane guide. The vane guide sup-
ports the vanes from one side of the housing to the next and is constructed to allow 
the fluid to pass. The output displacement can be varied (with a constant motor 
speed) by moving the shaft vertically relative to the housing. 
Figure 10.37  illustrates a  piston pump.  The cylinder block is rotated by the 
input shaft, and the piston ends are driven in and out as they ride in the fixed  swash 
plate ws fluid 
from an inlet manifold over half the swash plate and expels fluid into the outlet 
ply by changing the angle of the fixed swash plate.  Table 10.5  lists and compares the 
general characteristics of the different pump types. 
Since positive displacement hydraulic pumps provide a fixed volumetric flow 
rate, it is necessary to include a pressure relief valve, called a  pressure regulator,  
Figure 10.37 Swash plate piston pump.
end views
cylinders
outlet
manifold
inlet
manifold
adjustable
angle, fixed
swash plate
inlet
outlet
input shaft
piston
cylinder
block
inlet/outlet
manifolds
section view
V
i
d
e
o
D
e
m
o
10.22Gear pumps
10.23Hydraulic 
gear pumps
10.8 Hydraulics 
469
470 
CHAPTER 10 
Actuators
to prevent the pressure from exceeding design limits. The simplest pressure regu-
lator is the spring-ball arrangement illustrated in  Figure 10.38 . When the pressure 
force exceeds the spring force, fluid is vented back to the tank, preventing a fur-
ther increase in pressure. The threshold pressure, or  cracking pressure,  is usually 
adjusted by changing the spring’s compressed length and therefore its resisting force. 
10.8.1 Hydraulic Valves 
There are two types of hydraulic valves: the  infinite position valve  that allows any 
position between open and closed to modulate flow or pressure, and the  finite posi-
tion valve  that has discrete positions, usually just open and closed, each providing 
a different pressure and flow condition. Inlet and outlet connections to a valve are 
called  ports.  Finite position valves are commonly described by an  x / y  designation, 
where  x  is the number of ports and  y  is the number of positions. As an example, a 4/3 
valve, with 4 ports and 3 positions, is illustrated in schematic form in  Figure 10.39 . 
In position 1, system pressure is vented to tank; in position 2, output port A is pres-
surized and port B is vented to tank; and in position 3, output port B is pressurized 
and port A is vented to tank. As illustrated in  Figure 10.40 , this particular valve is 
useful in controlling a double-acting hydraulic cylinder where ports A and B connect 
Table 10.5 Comparison of pump characteristics
Pump type
Displacement
Typical 
pressure (psi)
Cost
Gear
Fixed
2000
Low
Vane
Variable
3000
Medium
Piston
Variable
6000
High
Figure 10.38 Pressure regulator.
return to tank (T
adjustable
support
system pressure (P
ball
spring
Figure 10.39 4/3 valve schematic.
P
T
A
B
P
T
A
B
P
T
A
B
position 1
position 3 
position 2
Documents you may be interested
Documents you may be interested