第4章 南郵 順序控制與數(shù)字程序控制技術(shù)

1、第第4章章 順序控制與數(shù)字程序順序控制與數(shù)字程序控制技術(shù)控制技術(shù)南京郵電大學(xué)南京郵電大學(xué) 電氣信息工程系電氣信息工程系OUTLINE4.1 順序控制技術(shù)順序控制技術(shù)4.2 數(shù)字程序控制數(shù)字程序控制4.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 習(xí)題習(xí)題4.1 順序控制技術(shù)順序控制技術(shù)4.1.1 順序控制概述順序控制概述4.1.2 順序控制系統(tǒng)組成順序控制系統(tǒng)組成4.1.3 微機(jī)順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例微機(jī)順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例4.1.1 順序控制概述順序控制概述l順序控制概念順序控制概念 u順序控制 以預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好以預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)作次序，對(duì)控制過(guò)程各階段順序地

2、進(jìn)行自動(dòng)化的動(dòng)作次序，對(duì)控制過(guò)程各階段順序地進(jìn)行自動(dòng)化控制控制u順序控制原理 根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)合和工藝要求，劃分各種不同的工步，根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)合和工藝要求，劃分各種不同的工步，然后按預(yù)先規(guī)定好的然后按預(yù)先規(guī)定好的“時(shí)間時(shí)間”或或“條件條件”，按次序，按次序完成各工步的動(dòng)作并保證各工步動(dòng)作所需要的持續(xù)完成各工步的動(dòng)作并保證各工步動(dòng)作所需要的持續(xù)時(shí)間時(shí)間例例4.1 冷加工自動(dòng)線中鉆孔動(dòng)力頭鉆孔過(guò)程冷加工自動(dòng)線中鉆孔動(dòng)力頭鉆孔過(guò)程的順序控制原理圖的順序控制原理圖工進(jìn)YA2快進(jìn)YA1快退YA3SQ1SQ2SQ3動(dòng)力頭鉆孔過(guò)程分為以下鉆孔過(guò)程分為以下5步步l1)動(dòng)力頭在起始位置動(dòng)力頭在起始位置(行程開(kāi)關(guān)行程開(kāi)

3、關(guān)SQ1受壓受壓)，按啟動(dòng)，按啟動(dòng)開(kāi)關(guān)按鈕開(kāi)關(guān)按鈕SB1后，電磁閥后，電磁閥YAl通電，動(dòng)力頭快進(jìn)；通電，動(dòng)力頭快進(jìn)；l2)快進(jìn)到位時(shí)壓下行程開(kāi)關(guān)快進(jìn)到位時(shí)壓下行程開(kāi)關(guān)SQ2，使電磁閥，使電磁閥YA2通通電電(YAl保持通電保持通電)，動(dòng)力頭由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，動(dòng)力頭由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)(鉆孔鉆孔)，即一邊加工一邊進(jìn)給；即一邊加工一邊進(jìn)給；l3)工進(jìn)到位時(shí)壓下行程開(kāi)關(guān)工進(jìn)到位時(shí)壓下行程開(kāi)關(guān)SQ3，使，使YAl、YA2斷斷電，開(kāi)始定時(shí)延遲，動(dòng)力頭原地鏇削電，開(kāi)始定時(shí)延遲，動(dòng)力頭原地鏇削(精鏜精鏜)；l4)延遲時(shí)間到，延遲時(shí)間到，YA3通電，動(dòng)力頭快退；通電，動(dòng)力頭快退；l5)動(dòng)力頭退回到原位，行程開(kāi)關(guān)動(dòng)力頭退

4、回到原位，行程開(kāi)關(guān)SQ1又受壓，又受壓，YA3斷電，動(dòng)力頭停止。斷電，動(dòng)力頭停止。 例例4. .2 機(jī)械手機(jī)械手 。下限位開(kāi)關(guān)。左限位開(kāi)關(guān)上限位開(kāi)關(guān)。右限位開(kāi)關(guān)夾緊放松原點(diǎn)。上限位開(kāi)關(guān)。終點(diǎn)。下限位開(kāi)關(guān)。圖圖4.2 機(jī)械手取放動(dòng)作工件示意圖機(jī)械手取放動(dòng)作工件示意圖 順序控制系統(tǒng)的類型順序控制系統(tǒng)的類型u按順序執(zhí)行的繼電按順序執(zhí)行的繼電接觸器控制系統(tǒng)接觸器控制系統(tǒng) u半導(dǎo)體邏輯順序控制系統(tǒng)半導(dǎo)體邏輯順序控制系統(tǒng) u可編程順序控制器系統(tǒng)可編程順序控制器系統(tǒng) u微機(jī)順序控制系統(tǒng)微機(jī)順序控制系統(tǒng) 根據(jù)其輸入裝置中的元器件及邏輯控制器件的特點(diǎn)，根據(jù)其輸入裝置中的元器件及邏輯控制器件的特點(diǎn)，可分為：可分為

5、： 順序控制系統(tǒng)的特點(diǎn)順序控制系統(tǒng)的特點(diǎn) n順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)以開(kāi)關(guān)量信號(hào)為主順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)以開(kāi)關(guān)量信號(hào)為主n邏輯關(guān)系復(fù)雜邏輯關(guān)系復(fù)雜 n控制程序客觀控制程序客觀n可靠性要求高可靠性要求高操作臺(tái)操作臺(tái)報(bào)報(bào) 警警顯顯 示示被控對(duì)象被控對(duì)象控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)信號(hào)信號(hào)檢測(cè)檢測(cè)輸入輸入電路電路輸入輸入接口接口執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)輸出輸出電路電路輸出輸出接口接口圖圖4.3 典型微機(jī)順序控制系統(tǒng)組成框圖典型微機(jī)順序控制系統(tǒng)組成框圖 4.1.2 順序控制系統(tǒng)的組成順序控制系統(tǒng)的組成典型的微機(jī)順序控制系統(tǒng)是由典型的微機(jī)順序控制系統(tǒng)是由系統(tǒng)控制器系統(tǒng)控制器、信號(hào)檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)

6、構(gòu)及及被控對(duì)象被控對(duì)象等組成等組成 4.1.3 微機(jī)順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例微機(jī)順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例圖圖4.4 鉆孔動(dòng)力頭順序控制硬件鉆孔動(dòng)力頭順序控制硬件 1、硬硬件件框框圖圖 2、控控制制程程序序流流程程圖圖圖圖4.5 鉆孔動(dòng)鉆孔動(dòng)力頭順序控制力頭順序控制程序流程程序流程 START：MOV A ，P1 ；讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)；讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)ANL A ，# 03H CJNE A ，#03H ，START ；SQl、SBl1？STEP1：SETB P1.5 ；是，動(dòng)力頭快進(jìn)；是，動(dòng)力頭快進(jìn) MOV A ，P1 ；讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)；讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) ANL A ，# 04H CJNE A ，# 04H，STEPl

7、 ；判斷；判斷SQ21？STEP2：SETB A ，P1.6 ；是，轉(zhuǎn)入工進(jìn)；是，轉(zhuǎn)入工進(jìn) MOV A ，Pl ；讀人現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)；讀人現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) ANL A ，# 08H CJNE A ，# 08H ，STEP2 ；判斷；判斷SQ31？ CAlL DELAY ；是，延時(shí)停留；是，延時(shí)停留SETP3：MOV A ，# 80H MOV P1 ，A ；YA3l ，YAl ，YA2 0 MOV A ，P1 ANL A ，# 02H CJNE A ，#02H ，SETP3 ；判斷；判斷SQ31？CLR P1.7 ；是，；是，YA30 AJMP START ；返回，轉(zhuǎn)下次循環(huán)；返回，轉(zhuǎn)下次循環(huán) 3. 控制程序

8、控制程序4.2 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制數(shù)字程序控制：能夠根據(jù)數(shù)據(jù)和預(yù)先編制好：能夠根據(jù)數(shù)據(jù)和預(yù)先編制好的程序，控制生產(chǎn)機(jī)械按規(guī)定的工作順序、的程序，控制生產(chǎn)機(jī)械按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制地完成工作的自動(dòng)控制 數(shù)字程序控制系統(tǒng)一般由數(shù)字程序控制系統(tǒng)一般由輸入裝置輸入裝置、輸出裝輸出裝置置、控制器控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置等組成等組成 數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的軌跡控制軌跡控制策略是策略是插補(bǔ)插補(bǔ)和和位置控制位置控制4.2 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù) 4.2.1

9、數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 4.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法 4.2.3 步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的控制圖圖4.6 曲線分段曲線分段4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制的基本原理數(shù)字程序控制的基本原理 l曲線分割曲線分割l插補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算 根據(jù)給定的各曲線段的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)，確定根據(jù)給定的各曲線段的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)，確定各坐標(biāo)值之間的中間值的數(shù)值計(jì)算方法稱為插值或各坐標(biāo)值之間的中間值的數(shù)值計(jì)算方法稱為插值或插補(bǔ)。常用的插補(bǔ)形式有插補(bǔ)。常用的插補(bǔ)形式有直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)和和二次曲線插補(bǔ)二次曲線插補(bǔ)兩種形式。兩種形式。l脈沖分配脈沖分配 按控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡分類按控制對(duì)

10、象的運(yùn)動(dòng)軌跡分類 點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制 直線切削控制直線切削控制 輪廓切削控制輪廓切削控制 數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式 根據(jù)有無(wú)檢測(cè)反饋元件分類根據(jù)有無(wú)檢測(cè)反饋元件分類 開(kāi)環(huán)數(shù)字程序控制開(kāi)環(huán)數(shù)字程序控制 閉環(huán)數(shù)字程序控制閉環(huán)數(shù)字程序控制閉環(huán)數(shù)字程序控制閉環(huán)數(shù)字程序控制 D / A計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)伺服電機(jī)伺服電機(jī)工作臺(tái)工作臺(tái)伺服電機(jī)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路測(cè)量元件測(cè)量元件開(kāi)環(huán)數(shù)字程序控制開(kāi)環(huán)數(shù)字程序控制 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路 數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式4.2.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理l逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理： 每當(dāng)畫筆或刀具向某

11、一方向移動(dòng)一步，就進(jìn)行一次每當(dāng)畫筆或刀具向某一方向移動(dòng)一步，就進(jìn)行一次偏差計(jì)算和偏差判別，即到達(dá)新的點(diǎn)位置和理想線偏差計(jì)算和偏差判別，即到達(dá)新的點(diǎn)位置和理想線型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的理想位置坐標(biāo)之間的偏離程度，然后型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的理想位置坐標(biāo)之間的偏離程度，然后根據(jù)偏差的大小確定下一步的移動(dòng)方向，使畫筆或根據(jù)偏差的大小確定下一步的移動(dòng)方向，使畫筆或刀具始終緊靠理想線型運(yùn)動(dòng)，起到步步逼近的效果。刀具始終緊靠理想線型運(yùn)動(dòng)，起到步步逼近的效果。l由于采用的是由于采用的是“一點(diǎn)一比較，一步步逼近一點(diǎn)一比較，一步步逼近”方法，因此稱為逐點(diǎn)比較法。方法，因此稱為逐點(diǎn)比較法。逐點(diǎn)比較法特點(diǎn)逐點(diǎn)比較法特點(diǎn)l是以直線或折線是以

12、直線或折線(階梯狀的階梯狀的)來(lái)逼近直線或圓弧等曲來(lái)逼近直線或圓弧等曲線，它與給定軌跡之間的最大誤差為一個(gè)脈沖當(dāng)量線，它與給定軌跡之間的最大誤差為一個(gè)脈沖當(dāng)量l只要把運(yùn)動(dòng)步距取得足夠小，便可精確地跟隨給定只要把運(yùn)動(dòng)步距取得足夠小，便可精確地跟隨給定軌跡，以達(dá)到精度的要求軌跡，以達(dá)到精度的要求 mmemeFy xx y1. 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)l 第一像限內(nèi)的直線插補(bǔ)第一像限內(nèi)的直線插補(bǔ)l偏差計(jì)算公式偏差計(jì)算公式 0mF 當(dāng)當(dāng) ，表明，表明m點(diǎn)在直線段點(diǎn)在直線段OA下方，為逼近給定曲線，應(yīng)下方，為逼近給定曲線，應(yīng)沿沿+y方向走一步至方向走一步至m+1，該點(diǎn)的坐標(biāo)值為，該點(diǎn)的坐標(biāo)值

13、為111mmmmxxyy該點(diǎn)的偏差為：該點(diǎn)的偏差為：111(1)mmememememeFyxxyyxx yFx 進(jìn)給與偏差計(jì)算進(jìn)給與偏差計(jì)算 當(dāng)當(dāng) ，表明，表明m點(diǎn)在直線段點(diǎn)在直線段OA上或上或OA上方上方 ，應(yīng)沿，應(yīng)沿 +x 方向方向走一步至走一步至m+1 ，該點(diǎn)的坐標(biāo)值為，該點(diǎn)的坐標(biāo)值為 0mF111mmmmxxyy111(1)mmememememeFyxxyy xxyFy該點(diǎn)的偏差為：該點(diǎn)的偏差為： 終點(diǎn)判別方法終點(diǎn)判別方法l每走一步比較一次直至兩者相等為止每走一步比較一次直至兩者相等為止l取終點(diǎn)坐標(biāo)中的較大者作為終點(diǎn)判別的依據(jù)取終點(diǎn)坐標(biāo)中的較大者作為終點(diǎn)判別的依據(jù) l用一個(gè)終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)

14、器用一個(gè)終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器 ，存放兩個(gè)坐標(biāo)的總步數(shù)，存放兩個(gè)坐標(biāo)的總步數(shù) 第一象限直線插補(bǔ)計(jì)算流程第一象限直線插補(bǔ)計(jì)算流程l偏差判別，判斷上一步進(jìn)給后的偏差值偏差判別，判斷上一步進(jìn)給后的偏差值F0還是還是F0；l坐標(biāo)進(jìn)給，根據(jù)偏差判別的結(jié)果和所在象坐標(biāo)進(jìn)給，根據(jù)偏差判別的結(jié)果和所在象限決定在哪個(gè)方向上進(jìn)給一步；限決定在哪個(gè)方向上進(jìn)給一步；l偏差計(jì)算，計(jì)算出進(jìn)給一步后的新偏差值，偏差計(jì)算，計(jì)算出進(jìn)給一步后的新偏差值，作為下一步進(jìn)給的判別依據(jù)。作為下一步進(jìn)給的判別依據(jù)。l終點(diǎn)判別，終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器減終點(diǎn)判別，終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器減1，判斷是否，判斷是否到達(dá)終點(diǎn)，到達(dá)終點(diǎn)， 四個(gè)象限的直線插補(bǔ)四個(gè)象限的直線插補(bǔ)

15、設(shè)設(shè)A1、A2、A3、A4分別表示第一、第二、第三、分別表示第一、第二、第三、第四象限的四種線型。加工起點(diǎn)均從坐標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始第四象限的四種線型。加工起點(diǎn)均從坐標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始凡凡F0時(shí)，向時(shí)，向x方向進(jìn)給，在第一、四象限向方向進(jìn)給，在第一、四象限向+x方方向進(jìn)給；在第二、三象限，向向進(jìn)給；在第二、三象限，向-x方向進(jìn)給；方向進(jìn)給；凡凡F0時(shí)，向時(shí)，向y方向進(jìn)給，在第一、二象限向方向進(jìn)給，在第一、二象限向+y方方向進(jìn)給；在第三、四象限，向向進(jìn)給；在第三、四象限，向-y方向進(jìn)給。方向進(jìn)給。不管是哪個(gè)象限，都采用與第一象限相同的偏差計(jì)不管是哪個(gè)象限，都采用與第一象限相同的偏差計(jì)算公式，只是式中的終點(diǎn)坐標(biāo)值均

16、取絕對(duì)值算公式，只是式中的終點(diǎn)坐標(biāo)值均取絕對(duì)值表表4.2 四象限的進(jìn)給脈沖和偏差計(jì)算四象限的進(jìn)給脈沖和偏差計(jì)算偏差判別偏差判別F0F 0l當(dāng)當(dāng)P點(diǎn)位于圓弧內(nèi)時(shí)，點(diǎn)位于圓弧內(nèi)時(shí)，F(xiàn) 0，向圓外，向圓外 ( -x方向方向 ) 進(jìn)進(jìn)給一步。給一步。lP點(diǎn)在圓弧內(nèi)時(shí)，點(diǎn)在圓弧內(nèi)時(shí)，F(xiàn) 0處理。處理。 設(shè)設(shè)P點(diǎn)在圓外，點(diǎn)在圓外，F(xiàn) 0， F = (x1)2 + y2 R2 = x2 2x + l + y2 R2 =（x2 + y2 R2）2x + l = F2x + 1 若若P點(diǎn)在圓內(nèi)，點(diǎn)在圓內(nèi)，F(xiàn) 0 ，F(xiàn) = x2 + (y+ 1)2 R2 = x2 + y2 +2y + l R2 = (x2 +

17、y2 R2) +2y + l = F+2y+l 偏差計(jì)算偏差計(jì)算 總步數(shù)作為計(jì)數(shù)長(zhǎng)度值，長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器的初值為總步數(shù)作為計(jì)數(shù)長(zhǎng)度值，長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器的初值為Nxy = |xe x0|+ |ye y0| 每個(gè)坐標(biāo)方向設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器每個(gè)坐標(biāo)方向設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器Nx = |xe x0| Ny = |ye y0| 終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別第一象限逆圓第一象限逆圓插補(bǔ)的流程圖插補(bǔ)的流程圖圖圖4.154.15圓弧插補(bǔ)走步軌跡圖圓弧插補(bǔ)走步軌跡圖例例4.6第二象限順圓的偏差計(jì)算公式第二象限順圓的偏差計(jì)算公式 圖圖4.16 4.16 第二象限的順圓第二象限的順圓 若若F0時(shí)，新的加工點(diǎn)坐標(biāo)將是時(shí)，新的加工點(diǎn)坐標(biāo)將是(x+1,y)，可

18、求出新的偏差為，可求出新的偏差為FF+2x +1 若若F0時(shí)，新的加工點(diǎn)坐標(biāo)將是時(shí)，新的加工點(diǎn)坐標(biāo)將是(x,y+1)，可求出新的偏差為，可求出新的偏差為 FF+2y +1（2）四象限的圓弧插補(bǔ)原理）四象限的圓弧插補(bǔ)原理圖圖4.17 四個(gè)象限中圓弧的對(duì)稱性四個(gè)象限中圓弧的對(duì)稱性（a）（b） 在圓弧插補(bǔ)中，沿對(duì)稱軸的進(jìn)給方向相同，沿非對(duì)在圓弧插補(bǔ)中，沿對(duì)稱軸的進(jìn)給方向相同，沿非對(duì)稱軸的進(jìn)給方向相反稱軸的進(jìn)給方向相反 其次，所有對(duì)稱圓弧的偏差計(jì)算公式，只要取起點(diǎn)其次，所有對(duì)稱圓弧的偏差計(jì)算公式，只要取起點(diǎn)坐標(biāo)的絕對(duì)值，就與第一象限中坐標(biāo)的絕對(duì)值，就與第一象限中NRl或或SRl的偏差計(jì)的偏差計(jì)算公式相

19、同算公式相同 表表4.4 八種圓弧插補(bǔ)的計(jì)算公式和進(jìn)給方向八種圓弧插補(bǔ)的計(jì)算公式和進(jìn)給方向圓弧圓弧類型類型F0時(shí)的進(jìn)時(shí)的進(jìn)給給F0時(shí)的進(jìn)時(shí)的進(jìn)給給計(jì)算公式計(jì)算公式SR1-y+x當(dāng)當(dāng)F0時(shí)，計(jì)算時(shí)，計(jì)算F F2yi1和和yi= yi 1SR2+y-xNR3-y+x當(dāng)當(dāng)F0時(shí)，計(jì)算時(shí)，計(jì)算F F2xi1和和xi xi1NR4+y-xNR1-x+y當(dāng)當(dāng)F0時(shí)，計(jì)算時(shí)，計(jì)算F F2 xi1和和xi xi1NR2+x-ySR3+x+y當(dāng)當(dāng)F0時(shí)，計(jì)算時(shí)，計(jì)算F F2 yi1和和yi= yi 1SR4-x-y4.2.3 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)l步進(jìn)電機(jī)是一種能將電脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)變成步進(jìn)電機(jī)是一種

20、能將電脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)變成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移量的執(zhí)與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移量的執(zhí)行元件。其速度與脈沖頻率成正比。行元件。其速度與脈沖頻率成正比。l步進(jìn)電機(jī)按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理可分為步進(jìn)電機(jī)按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理可分為 反應(yīng)式（反應(yīng)式（variable reluctance，VR）步進(jìn)電機(jī)）步進(jìn)電機(jī) 永磁式（永磁式（permanent magnet，PM）步進(jìn)電機(jī)）步進(jìn)電機(jī) 混合式（混合式（hybrid，HB）步進(jìn)電機(jī)）步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖圖4.18 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理 定子定子:由硅鋼片疊成的

21、，每相有一對(duì)磁極由硅鋼片疊成的，每相有一對(duì)磁極(N、S極極)，每個(gè)磁極的內(nèi)表面都分布著多個(gè)小齒，它們大小相同，每個(gè)磁極的內(nèi)表面都分布著多個(gè)小齒，它們大小相同，間距相同。該定子上共有間距相同。該定子上共有3對(duì)磁極。每對(duì)磁極都纏有對(duì)磁極。每對(duì)磁極都纏有同一繞組，也即形成一相，這樣同一繞組，也即形成一相，這樣3對(duì)磁極有對(duì)磁極有3個(gè)繞組，個(gè)繞組，形成三相。可以得出，四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有形成三相?？梢缘贸?，四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有4對(duì)磁極、對(duì)磁極、4相繞組；五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有相繞組；五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有5對(duì)磁極、對(duì)磁極、5相繞組；依此相繞組；依此類推。類推。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子:由軟磁材料制成的，其外表面也均勻分布著由軟磁材料制成

22、的，其外表面也均勻分布著小齒，這些小齒與定子磁極上的小齒的齒距相同，形小齒，這些小齒與定子磁極上的小齒的齒距相同，形狀相似狀相似 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理A相導(dǎo)通相導(dǎo)通 B相導(dǎo)通相導(dǎo)通 C相導(dǎo)通相導(dǎo)通 A相導(dǎo)通相導(dǎo)通 對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，如果轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，如果轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為z，則齒距角，則齒距角z為為z=2z=360/z 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行N拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距位置，步進(jìn)電機(jī)的拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距位置，步進(jìn)電機(jī)的步距角步距角可以表示如下可以表示如下=zn=360/(nz)其中：其中：n是步進(jìn)電機(jī)工作拍數(shù)，是步進(jìn)電機(jī)工作拍數(shù)，z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。

23、對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)，若采用三拍方式，則它的步距角是對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)，若采用三拍方式，則它的步距角是=360/(34)=30 對(duì)于轉(zhuǎn)子有對(duì)于轉(zhuǎn)子有40個(gè)齒且采用三拍方式的步進(jìn)電機(jī)而言，其步個(gè)齒且采用三拍方式的步進(jìn)電機(jī)而言，其步距角是距角是 =360/(340)=3齒踞角和步踞角齒踞角和步踞角步進(jìn)電機(jī)的工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)則有對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)則有單拍單拍（簡(jiǎn)稱單三拍）方式、（簡(jiǎn)稱單三拍）方式、雙雙相三拍相三拍（簡(jiǎn)稱雙三拍）方式、（簡(jiǎn)稱雙三拍）方式、三相六拍三相六拍方式。方式。單三拍工作方式，通電順序?yàn)閱稳墓ぷ鞣绞剑婍樞驗(yàn)锳 B C A雙三拍工作方式，通電順序?yàn)殡p三拍工作方

24、式，通電順序?yàn)锳B BC CA AB三相六拍工作方式，通電順序?yàn)槿嗔墓ぷ鞣绞?，通電順序?yàn)锳 AB B BC C CA A 如果按上述三種通電方式和通電順序進(jìn)行通電，則如果按上述三種通電方式和通電順序進(jìn)行通電，則步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，如果通電方向與上述順步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，如果通電方向與上述順序相反，則步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。序相反，則步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表 步進(jìn)電機(jī)控制接口步進(jìn)電機(jī)控制接口 步進(jìn)電機(jī)輸出字表步進(jìn)電機(jī)輸出字表步進(jìn)電機(jī)控制程序步進(jìn)電機(jī)控制程序三相六拍步進(jìn)電機(jī)走三相六拍步進(jìn)電機(jī)走步控制程序流程步控制程序流程步進(jìn)電機(jī)速度控制程序步進(jìn)電

25、機(jī)速度控制程序注意兩點(diǎn)：注意兩點(diǎn)： 速度往往和輸出字的輸送頻率有關(guān)速度往往和輸出字的輸送頻率有關(guān) 按正序或反序取輸出字可控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，輸出按正序或反序取輸出字可控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，輸出字更換得越快，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高字更換得越快，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高 調(diào)速過(guò)程總是有加速問(wèn)題調(diào)速過(guò)程總是有加速問(wèn)題 控制延時(shí)的時(shí)間常數(shù)，即可達(dá)到調(diào)速的目的；控制延時(shí)的時(shí)間常數(shù)，即可達(dá)到調(diào)速的目的； Ti為相鄰兩為相鄰兩次走步的時(shí)間間隔，次走步的時(shí)間間隔，Vi為進(jìn)給一步后速度，為進(jìn)給一步后速度，a為加速度為加速度數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 -基于基于PC的多軸運(yùn)動(dòng)控制的多軸運(yùn)動(dòng)控制1.多軸運(yùn)動(dòng)控制卡

26、多軸運(yùn)動(dòng)控制卡-PMAC美國(guó)美國(guó)DELTA TAU公司生產(chǎn)的可編程多軸控制器公司生產(chǎn)的可編程多軸控制器PMAC (Programmable Multi-Axis Controller)，是目前世界上功能較，是目前世界上功能較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制器之一，是完全開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)、強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制器之一，是完全開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)、PC機(jī)平臺(tái)上的機(jī)平臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)控制卡運(yùn)動(dòng)控制卡該產(chǎn)品使用高速該產(chǎn)品使用高速DSP，提供全新的高性能技術(shù)和，提供全新的高性能技術(shù)和Windows平臺(tái)，其最新產(chǎn)品平臺(tái)，其最新產(chǎn)品TURBO PMAC可以控制可以控制32個(gè)軸，個(gè)軸，CPU速度速度為為150MHz，具有光纖通訊、，具有光纖通訊、MACRO

27、 鏈等功能鏈等功能2. 基于基于PMAC開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制器采用的是運(yùn)動(dòng)控制器采用的是PMAC四軸運(yùn)動(dòng)控制卡四軸運(yùn)動(dòng)控制卡PMAC Lite，板，板卡配置有雙端口卡配置有雙端口RAM以以ACC-34A作為作為I/O擴(kuò)展接口板，共有擴(kuò)展接口板，共有62個(gè)帶光隔的個(gè)帶光隔的I/O結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)ACC-8P為普通接線器，便于為普通接線器，便于PMAC與各伺服驅(qū)動(dòng)器的連接與各伺服驅(qū)動(dòng)器的連接伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用的是松下永磁同步交流伺服電機(jī)，電機(jī)自伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用的是松下永磁同步交流伺服電機(jī)，電機(jī)自身配有身配有2500線光電編碼器作為速度和位置反饋元件，主軸電線光電編碼器作為速度和位置反饋元件，主軸電機(jī)采用變頻器實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速機(jī)采用變頻器實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)