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1、国家级精品课程国家级精品课程计算机控制技术计算机控制技术青岛大学青岛大学第第1414讲讲第第3 3章章 数字控制技术（五）数字控制技术（五）3.3 3.3 多轴步进驱动控制技术（二）多轴步进驱动控制技术（二） 3.3.5 3.3.5 步进电机控制程序步进电机控制程序 3.3.6 3.3.6 数控系统设计举例数控系统设计举例 3.4 3.4 第第3 3章小结章小结1 1步进电机走步控制程序步进电机走步控制程序 什么是走步程序？ 用ADX和ADY分别表示x轴和y轴步进电机输出字表的取数地址指针。且用ZF=1、2、3、4分别表示+x、-x、+y、-y走步方向。 在流程图的第一个判断中，ZF通过对Fm
2、的判断来赋值。因此，这个程序还要和插补计算程序结合起来看。3.3.5 3.3.5 步进电机控制程序步进电机控制程序3.3.5 3.3.5 步进电机控制程序步进电机控制程序2.2.步进电机速度控制程序步进电机速度控制程序注意两点：注意两点： 速度往往和输出字的输送的频率有关；速度往往和输出字的输送的频率有关； 调速过程总是有加速问题。调速过程总是有加速问题。内容：内容： 按正序或反序取输出字可控制步进电机正转或反转，输出按正序或反序取输出字可控制步进电机正转或反转，输出字更换得越快，步进电机的转速越高字更换得越快，步进电机的转速越高 ； 控制延时的时间常数，即可达到调速的目的；控制延时的时间常数
3、，即可达到调速的目的； TiTi为相邻为相邻两次走步的时间间隔，两次走步的时间间隔，ViVi为进给一步后速度，为进给一步后速度，a a为加速度。为加速度。3.3.5 3.3.5 步进电机控制程序步进电机控制程序3.3.6 3.3.6 数控系统设计举例数控系统设计举例- -三轴步进电机控制三轴步进电机控制1.1.数控系统的硬件结构及主要部件数控系统的硬件结构及主要部件开放式数控系统的开发，关键在于数控系统的硬件平台和软件功能模块的功能设计。选用工控机作为系统平台，采用“IPC+多轴运动控制器”的典型结构搭建控制平台，数控系统的硬件组成如所示。 3.3.6 3.3.6 数控系统设计举例数控系统设计
4、举例- -三轴步进电机控制三轴步进电机控制1.1.数控系统的硬件结构及主要部件数控系统的硬件结构及主要部件（1）工业控制机（IPC）工控机主要完成系统管理、人机交互、动态显示、工作空间轨迹规划、插补计算、运动学计算、逻辑控制及各单元间通讯等任务。 本系统采用研华PCI总线插槽的工控机。（2）运动控制卡PCI-1240是一款基于PCI总线技术的4轴步进脉冲型伺服运动控制卡，应用于常规的精确运动控制，它简化了步进和脉冲伺服运动控制，可以显著的提高电机的运动性能。提供例程Windows DDL驱动程序, 提供PCI-1240运动应用配置工具程序, 完成配置和诊断. n软件系统是基于开放式数控系统思想
5、，以Windows XP为系统平台，采用VC+语言开发的。n在对CNC系统功能全面理解的基础上，建立CNC内核的体系结构模型，划分各功能模块，在此基础上采用面向对象的编程技术，将各功能模块封装。n各模块按CNC的内部工作原理编程，分模块组合设计构成整体系统。n采用模块化结构设计，可靠性强，各模块出现故障可单独进行调整，当数控系统的需求有所更改时，只需修改或增减相应的功能模块，就可重新组合得到新的数控系统。3.3.6 3.3.6 数控系统设计举例数控系统设计举例- -三轴步进电机控制三轴步进电机控制2. 2. 数控系统的软件结构及主要功能模块数控系统的软件结构及主要功能模块 3.3.6 3.3.
6、6 数控系统设计举例数控系统设计举例- -三轴步进电机控制三轴步进电机控制2.2.数控系统的软件结数控系统的软件结构及主要功能模块构及主要功能模块 3.3.6 3.3.6 数控系统设计举例数控系统设计举例- -三轴步进电机控制三轴步进电机控制2.2.数控系统的软件结构及主要功能模块数控系统的软件结构及主要功能模块（1 1）多任务操作模块）多任务操作模块 它是开放式数控系统中的核心管理模块。监控各任务的状态，决定任它是开放式数控系统中的核心管理模块。监控各任务的状态，决定任务获得务获得CPUCPU的优先权，并根据调度策略改变任务的状态，或让其运行，或让的优先权，并根据调度策略改变任务的状态，或让
7、其运行，或让其等待，对系统中的各任务模块进行统一的调度和管理，协调各模块的高其等待，对系统中的各任务模块进行统一的调度和管理，协调各模块的高效运行，并辅助完成各进程间的通讯和信息交换。本系统所有软件模块均效运行，并辅助完成各进程间的通讯和信息交换。本系统所有软件模块均受操作模块的管理。受操作模块的管理。（2 2）人机接口模块（包括参数管理和动态显示）人机接口模块（包括参数管理和动态显示） 提供整个系统的操作框架和人机交互界面，实现各种工作模式的选择、提供整个系统的操作框架和人机交互界面，实现各种工作模式的选择、管理程序运行所需参数的设置及数据处理时的人机交互信息交流等，可完管理程序运行所需参数
8、的设置及数据处理时的人机交互信息交流等，可完成实验方案的基本功能和软件的管理工作，并提供进入其他模块的入口。成实验方案的基本功能和软件的管理工作，并提供进入其他模块的入口。3.3.6 3.3.6 数控系统设计举例数控系统设计举例- -三轴步进电机控制三轴步进电机控制2.2.数控系统的软件结构及主要功能模块数控系统的软件结构及主要功能模块（3 3）轨迹插补模块）轨迹插补模块 这是数控系统的核心模块。其任务是根据希望轨迹和插补策略，进这是数控系统的核心模块。其任务是根据希望轨迹和插补策略，进行实时插补，并将各轴的运动指令送给位置控制模块，控制运动的速行实时插补，并将各轴的运动指令送给位置控制模块，
9、控制运动的速度和加速度。度和加速度。 （4 4）运动学算法模块）运动学算法模块主要为伺服驱动提供位置逆解、速度逆解和加速度逆解算法，为运动主要为伺服驱动提供位置逆解、速度逆解和加速度逆解算法，为运动状态的实时仿真及精度补偿提供正解算法。状态的实时仿真及精度补偿提供正解算法。（5 5）位置控制模块（包括速度、方向、位置控制）位置控制模块（包括速度、方向、位置控制）该模块是数控系统的另一核心模块，将插补运算的结果实时的发送给该模块是数控系统的另一核心模块，将插补运算的结果实时的发送给运动控制卡，完成高精度位置控制，按指定的路径和速度运动。运动控制卡，完成高精度位置控制，按指定的路径和速度运动。（6 6）运动仿真模块）运动仿真模块动态显示模块等辅助功能模块可使得操作人员掌握系统的运行状态及动态显示模块等辅助功能模块可使得操作人员掌握系统的运行状态及报警显示等信息，使操作者随时了解系统的运行状况。报警显示等信息，使操作者随时了解系统的运行状况。本章主要介绍了数字控制技术、逐点比较法插补原理、步进驱动控制技术、以及多轴步进驱动板卡的应用。通过这四个方面的学习，能够做到熟悉数控技术的基础知识，熟悉步进电机的运行和控制原理，并能够正确选择所需运动控制卡，掌握运动控制卡在工业控制中的应用。第3章 小结本讲课程结束！