《数字程序控制技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字程序控制技术.ppt（41页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第三章第三章 数字控制技术数字控制技术3.1 数字控制基础数字控制基础 数字控制数字控制，就是生产机械（如机床）根据计算机输出的指令和数据，按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的 控制方式。数控系统数控系统由数控装置、驱动装置、可编程控制器和检测装置等组成。包括控制器、插补器、输入和输出装置包括控制器、插补器、输入和输出装置数控机床的组成数控机床的组成加工轨迹控制加工轨迹控制AutoCADAutoCAD的的DXFDXF文件等文件等3.1.2 3.1.2 数字控制原理数字控制原理1、曲线分段2、插补计算插补/插值：求得各段曲线中间值的数值计算方法。3、步进电机控制两种
2、常用插补形式：直线插补、二次曲线插补脉冲当量(步长，x=y)：每个脉冲移动的相对位置。常用插补算法有逐点比较法、数字积分法、数字脉冲乘法器等。插补算法：就是如何分配 x 和 y 方向上的脉冲数，使实际的中间点轨迹尽可能地逼近理想轨迹。3.1.3 数字控制方式数字控制方式 点位控制：只要求控制刀具行程终点的坐标值，不需要插补计算。采用这类控制的有钻床、镗床、冲床等。直线控制：要求控制行程的终点坐标值，并要求刀具相对于工件平行某一直角坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工。采用这类控制的有铣床、车床、磨床、加工中心等。轮廓控制：要求控制刀具沿工件轮廓曲线不断地运动，并在运动过程中将工件加工成
3、某一形状，需要插补计算。采用这类控制的有铣床、车床、磨床、齿轮加工机床等。3.1.4 数字控制系统数字控制系统图图3-3 开环数字控制开环数字控制计算机步进电机驱动电路步进电动机工作台开环数字控制开环数字控制采用步进电机作为驱动元件闭环数字控制闭环数字控制，多采用直流电机作为驱动元件，测量元件采用光电编码器、光栅、感应同步器等。主要用于大型精密加工机床。图图3-4 闭环数字控制闭环数字控制位置控制器速度控制器伺服电动机速度测量工作台位置测量(b)半闭环数字控制测量元件在伺服电机的轴端测量元件在伺服电机的轴端可克服工作台机械参数变动可克服工作台机械参数变动对控制系统稳定性能的影响对控制系统稳定性
4、能的影响但控制精度不如全闭环数字但控制精度不如全闭环数字控制控制位置控制器速度控制器伺服电动机速度测量工作台位置测量(a)闭环数字控制测量元件在工作台上测量元件在工作台上脉冲增量插补：逐点比较法、数字积分法。步进电机数据采样插补：伺服电机的闭环控制3.1.5 数控系统的分类数控系统的分类传统数控系统开放式数控系统：PC嵌入NC，NC嵌入PC运动控制卡运动控制卡PCPC模板模板网络化数控系统3.2 插补原理插补原理输出单个脉冲等输出单个脉冲等输出采样周期内坐标方向的增量等输出采样周期内坐标方向的增量等第一象限内的直线插补3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补逐点比较法插补逐点比较法插补
5、就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线。若Fm 0，表明点m在OA直线段的上方或上面，应沿+x轴方向走一步；若Fm 0，表明点m在OA直线段的下方，应沿+y轴方向走一步。偏差计算公式 有两种方法：设置Nx和Ny两个计数器；设置Nxy一个终点计数器。包括差别判断、坐标进给、偏差计算、终点判断。插补计算过程 终点判断 四个象限的直线插补 直线插补计算的程序实现Fm 0Fm 0所在象限进给方向偏差计算所在象限进给方向偏差计算一、四+xFm+1=Fm-ye一、二+yFm
6、+1=Fm+xe二、三-x三、四-y表3.1 直线插补的进给方向及偏差计算公式(1)数据的输入及存放 XE、YE、NXY、FM、XOY、ZF XOY=1、2、3、4分别代表第一、第二、第三、第四象限。ZF=1、2、3、4分别代表+x、-x、+y、-y走步方向。FM 0XOY=1或4XOY=1或2YYYNNN置FM=0输入XE，YE，XOYZF 1ZF 2ZF 3ZF4NXY=0FM=FM-YEFM=FM+XE调用走步控制程序NXYNXY-1结束YN(2)程序流程Fm 0XOYZF偏差一、四+xFm+1=Fm-ye二、三-xFm 0XOYZF偏差一、二+yFm+1=Fm+xe三、四-yXOY=1
7、 2 3 4ZF=1 2 3 4 +x -x +y -yXE、YE、NXY、FM、XOY、ZF步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判断起点F0=0NXY=101F0=0+xF1=F 0 YE=-4NXY=92F1 0+xF3=F 2 YE=-2NXY=7 4F3 0+xF5=F 4 YE=0NXY=56F5=0+xF6=F 5 YE=-4NXY=47F6 0+xF8=F 7 YE=-2NXY=29F8 0+xF10=F9 YE=0NXY=0例3.1 设加工第一象限直线，O(0，0)，A(6，4)，123412345612345678910(0,0)A(6,4)3.2.2 逐点比较法圆弧插补 第一象
8、限内的圆弧插补偏差计算公式 四个象限的圆弧插补偏差圆弧种类进给方向偏差计算坐标计算Fm 0SR1(1)、NR2(6)-yFm+1=Fm-2ym+1xm+1=xm ym+1=ym-1SR3(3)、NR4(8)+yNR1(5)、SR4(4)-xFm+1=Fm-2xm+1xm+1=xm-1 ym+1=ymNR3(7)、SR2(2)+xFm 0SR1(1)、NR4(8)+xFm+1=Fm+2xm+1xm+1=xm+1 ym+1=ymSR3(3)、NR2(6)-xNR1(5)、SR2(2)+yFm+1=Fm+2ym+1xm+1=xm ym+1=ym+1NR3(7)、SR4(4)-y表表3.3 3.3 圆
9、弧插补计算公式和进给方向圆弧插补计算公式和进给方向=1、2、3、4、分别代表、分别代表、2、3、4、N、N2、N3、N4(1)数据的输入及存放 X、Y、NXY、FM、X、Y、ZF=1、2、3、4、分别代表、2、3、4、N、N2、N3、N4。ZF=1、2、3、4分别代表+x、-x、+y、-y走步方向。圆弧插补计算的程序实现(2)程序流程输入X0、Y0、NXY、RNS，置FM=0、XM=X0、YM=Y0RNS=1,3,6,8?YNFM0?FM0?YNRNS=2,5?ZF=4ZF=3FM=FM+2YM+1YM=YM+1YNRNS=2,7?ZF=2ZF=1FM=FM-2XM+1XM=XM-1YNRNS
10、=1,8?ZF=2ZF=1FM=FM+2XM+1XM=XM+1YNRNS=1,6?ZF=3ZF=4FM=FM-2YM+1YM=YM-1调用走步控制程序NXY=NXY-1NXY=0?YN结束YNYN例3.2 设加工第一象限圆弧，起点A(4，0)，终点B(0，4)，试进行插补计算并作出走步轨迹图。步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判断起点F0=0X0=4,Y0=0NXY=81F0=0-xF1=F 02X0+1=-7X1=X0-1=3,Y1=0NXY=72F1 0+yF2=F 1+2Y1+1=-6X2=3,Y2=Y1+1=1NXY=63F2 0+yF3=F 2+2Y2+1=-3X3=3,Y3=
11、Y2+1=2NXY=54F3 0-xF5=F 42X4+1=-3X5=X4-1=2,Y5=3NXY=36F5 0-xF7=F 62X6+1=1X7=X6-1=1,Y7=4NXY=18F7 0-xF8=F 72X7+1=0X8=X7-1=0,Y8=4NXY=01234123412345678(0,0)AB3.2.3 数字积分插补数字积分插补 数字积分直线插补数字积分直线插补时钟x方向溢出脉冲y方向溢出脉冲初始xe-x0初始ye-y0例子：例子：设(xe-x0)=101B,(ye-y0)=10B则加工圆弧AB所需脉冲数n=23=8脉冲1：JRX=0B+101B=101B JRY=0B+010B=0
12、10B脉冲2：JRX=101B+101B=1010B JRY=010B+010B=100B脉冲3：JRX=010B+101B=111B JRY=100B+010B=110B脉冲4：JRX=111B+101B=1100B JRY=110B+010B=1000B脉冲5：JRX=100B+101B=1001B JRY=000B+010B=010B脉冲6：JRX=001B+101B=110B JRY=010B+010B=100B脉冲7：JRX=110B+101B=1011B JRY=100B+010B=110B脉冲8：JRX=011B+101B=1000B JRY=110B+010B=1000BA(x
13、0,y0)B(xe,ye)Jx，Jy最大有效位长 数字积分圆弧插补数字积分圆弧插补初始JA初始IA时钟x方向溢出脉冲y方向溢出脉冲-+例子：例子：设A(3,1)，B(1,3),O(1,1)IA=10B,JA=00B脉冲1：JRX=00B+00B=00B JRY=00B+10B=10B脉冲2：JRX=00B+00B=00B JRY=10B+10B=100B脉冲3：JRX=00B+01B=01B JRY=00B+10B=10B脉冲4：JRX=01B+01B=10B JRY=10B+10B=100B脉冲5：JRX=10B+10B=100B JRY=00B+10B=10B脉冲6：JRX=00B+10B
14、=10B JRY=10B+01B=11B脉冲7：JRX=10B+10B=100B JRY=11B+01B=100BA(3,1)B(1,3)O(1,1)xyO3.3 多轴步进驱动控制技术步进电机又称脉冲电机，是一种将脉冲信号转换为角位移的机电式数模转换器。3.3.1 步进电机的分类按力矩产生原理反应式：转子无绕组励磁式：转子有绕组或为永久磁铁步距小步距小按输出力矩大小伺服式功率式3.3.2 步进电机的工作原理步进电机的工作原理步进电机的齿距角步进电机的齿距角步进电机的步距角步进电机的步距角转子齿数步进电机工作拍数图3.20 三相步进电机的工作原理分析图0123A相通电0123B相通电0123C相
15、通电0123A相通电图3.15 单三拍工作原理0123AB相通电0123BC相通电0123CA相通电0123AB相通电图3.16 双三拍工作原理0123A相通电0123AB相通电0123BC相通电0123C相通电图3.17 三相六拍工作原理0123B相通电0123CA相通电0123A相通电3.3.3 步进电机的工作方式ABC图3.15 单三拍工作的 电压波形ABC图3.16 双三拍工作的电压波形ABC图3.17 三相六拍工作的电压波形3.3.4 步进电机控制接口及输出字表图3.18 两台三相步进电机接口示意图DO0DO2PCL-730DO1DO8DO10DO9微型计算机驱动电路x轴步进电机驱动
16、电路y轴步进电机L298N、SI-7300步进电机集成功率放大器，HB304V三相混合式步进电机驱动器三相混合式步进电机驱动器 ISAL298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V。三相步进电机驱动电路 MABCx轴步进电机输出字表存储地址标号低8位输出字y轴步进电机输出字表存储地址标号高8位输出字ADX1ADX2ADX3ADX4ADX5ADX600000001=01H00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05HADY1ADY2ADY3ADY4ADY5ADY600000001=01H
17、00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05H表表3.5 三相六拍控制方式输出字表三相六拍控制方式输出字表3.3.5 步进电机控制程序ADX、ADY分别指向输出字表首址ZF=1,2?ZF=3?ZF=1?ADX是表首?ADY是表首?ADX是表尾?ADY是表尾?取ADY单元的输出字，并送PB口取ADX单元的输出字，并送PA口ADY=ADY-1ADY=表尾ADY=ADY1ADY=表首ADX=ADX-1ADX=表尾ADX=ADX1ADX=表首延时YYYYYYYNNNNNNN 按正序或反序取输出字，可控制步进电机正转或反转；控制延时时间常数，可达到调速的目的P100 4题，5题，6题，7 题，8题作业：附加：直流电机调速系统附加：直流电机调速系统永磁无刷直流电动机调速永磁无刷直流电动机调速永磁无刷直流电动机调速永磁无刷直流电动机调速反向换流器AedkAedk计控试验箱计控试验箱直流电机调速系统直流电机调速系统控制器0832D/A转换器驱动电路TDA2030，TL431直流电机光电测速机构转速计算-给定速度RYeP光电编码器：一种通过光电转换，将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。M