第三章 數(shù)字程序控制系統(tǒng)

1、信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-231第三章第三章 數(shù)字程序控制系統(tǒng)數(shù)字程序控制系統(tǒng)第五講第五講- -第七講第七講信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-232第三章第三章 數(shù)字程序控制系統(tǒng)數(shù)字程序控制系統(tǒng)3.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的概述數(shù)字控制系統(tǒng)的概述3.2 逐點比較插補原理逐點比較插補原理3.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)3.4 小小 結(jié)結(jié)信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)第五講第五講山東科技大學山東科技大學信息

2、與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2333.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的概述數(shù)字控制系統(tǒng)的概述 所謂所謂數(shù)字程序控制數(shù)字程序控制( (numerical control, NC ) )，就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控，就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機械（如各種加工機床）按規(guī)定的工作制生產(chǎn)機械（如各種加工機床）按規(guī)定的工作順序、運動軌跡、運動距離和運動速度等規(guī)律順序、運動軌跡、運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。自動地完成工作的自動控制。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控

3、制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-234數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1948年美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研年美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制直升飛機螺旋槳葉片輪廓檢驗用樣板的加工設(shè)備。制直升飛機螺旋槳葉片輪廓檢驗用樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機床的設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機床的設(shè)想。想。 自自1952年美國麻省理工學院研制出第一臺三坐年美國麻省理工學院研制出第一臺三坐標的試驗性數(shù)控機床以來，數(shù)控系統(tǒng)大致經(jīng)歷了以標的試驗性數(shù)控機

4、床以來，數(shù)控系統(tǒng)大致經(jīng)歷了以下四個階段：下四個階段：信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-235 19521969 研究開發(fā)階段研究開發(fā)階段 典型應(yīng)用：數(shù)控車床、銑床、鉆銑床典型應(yīng)用：數(shù)控車床、銑床、鉆銑床 工藝方法：簡單工藝工藝方法：簡單工藝 數(shù)控功能：數(shù)控功能：NC控制、控制、3軸以下軸以下 驅(qū)動特點：步進、液壓電機驅(qū)動特點：步進、液壓電機 19701985 推廣應(yīng)用階段推廣應(yīng)用階段 典型應(yīng)用：加工中心、電加工、鍛壓典型應(yīng)用：加工中心、電加工、鍛壓 工藝方法：多種工藝方法工藝

5、方法：多種工藝方法 數(shù)控功能：數(shù)控功能：CNC控制、刀具自動交換、五軸聯(lián)動較好控制、刀具自動交換、五軸聯(lián)動較好的人的人-機界面機界面 驅(qū)動特點：直流伺服電機驅(qū)動特點：直流伺服電機信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-236 1982 系統(tǒng)化階段系統(tǒng)化階段 典型應(yīng)用：性制造單元（典型應(yīng)用：性制造單元（FUC）、柔性制造系統(tǒng)）、柔性制造系統(tǒng)(FUS) 工藝方法：完整的加工過程工藝方法：完整的加工過程 數(shù)控功能：多臺車床和輔助設(shè)備協(xié)同。多坐標控制，數(shù)控功能：多臺車床和輔助設(shè)備協(xié)同。多坐

6、標控制，高精度、高速度，友好的人高精度、高速度，友好的人-機界面機界面 驅(qū)動特點：交流伺服電機驅(qū)動特點：交流伺服電機 1990 性能集成化階段性能集成化階段 典型應(yīng)用：計算機集成制造系統(tǒng)典型應(yīng)用：計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)、無人化工廠、無人化工廠 工藝方法：復(fù)合設(shè)計加工工藝方法：復(fù)合設(shè)計加工 數(shù)控功能：多過程、多任務(wù)調(diào)度、模板化和復(fù)合化數(shù)控功能：多過程、多任務(wù)調(diào)度、模板化和復(fù)合化 驅(qū)動特點：數(shù)字智能化直線驅(qū)動驅(qū)動特點：數(shù)字智能化直線驅(qū)動信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2

7、37 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著下述方向發(fā)展。下述方向發(fā)展。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)l 高速、高效、高精度加工技術(shù)與裝備高速、高效、高精度加工技術(shù)與裝備l 五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床l 控制智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化控制智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化l 新技術(shù)標準、新規(guī)范的建立新技術(shù)標準、新規(guī)范的建立(STEP-NC)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制

8、系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-238數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控系統(tǒng)的分類 按照按照控制方式控制方式(運動軌跡運動軌跡)的的不同，數(shù)控系統(tǒng)分為三類：不同，數(shù)控系統(tǒng)分為三類： 點位控制點位控制只控制加工點的準確定位只控制加工點的準確定位(刀具行程終點的坐刀具行程終點的坐標值標值)。在變換加工點時不做任何加工。多用于數(shù)控鉆床、鏜。在變換加工點時不做任何加工。多用于數(shù)控鉆床、鏜床、沖床等。床、沖床等。 直線切削控制直線切削控制不僅控制加工點的起始坐標，而且控制刀不僅控制加工點的起始坐標，而且控制刀具或工作臺沿直線方向的加工行程具或工作臺沿直線方向的加工行程(直線插補直線插補)。如車床、銑。如車床、

9、銑床、磨床、加工中心等。床、磨床、加工中心等。 輪廓切削控制輪廓切削控制能控制刀具沿工件輪廓曲線連續(xù)運動，可能控制刀具沿工件輪廓曲線連續(xù)運動，可加工出曲線、曲面、凸輪和錐面等復(fù)雜形狀的零件加工出曲線、曲面、凸輪和錐面等復(fù)雜形狀的零件(直線和曲直線和曲線兩種插補線兩種插補)。如車床、銑床、磨床、齒輪加工機床等。如車床、銑床、磨床、齒輪加工機床等。 信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)最典型的應(yīng)用就是數(shù)字控制機床最典型的應(yīng)用就是數(shù)字控制機床(簡稱數(shù)控機床簡稱數(shù)控機床)。山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-239數(shù)字控

10、制機床簡介數(shù)字控制機床簡介 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（Computer Numerical Control Machine Tools）的簡稱，用數(shù)字代碼形式的信息）的簡稱，用數(shù)字代碼形式的信息(程程序指令序指令)控制按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加控制按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床。工的機床。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2310信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 與普通機床相比，數(shù)控機床有如下與普通機床相

11、比，數(shù)控機床有如下特點特點： 加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定；加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定； 可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件； 加工零件改變時，一般只需更改數(shù)控程序和調(diào)整加工零件改變時，一般只需更改數(shù)控程序和調(diào)整刀具參數(shù)等，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間；刀具參數(shù)等，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間； 機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的35倍）；倍）； 機床自動化程度高，有利于制造業(yè)技術(shù)向綜合自機床自動化程度高，有利于制造業(yè)技術(shù)向綜合自動化方向發(fā)展；動化方向發(fā)展；

12、對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。要求更高。 山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學 數(shù)控機床的坐標系數(shù)控機床的坐標系 基本坐標系基本坐標系：直線進給直線進給運動的坐標系（運動的坐標系（X.Y.Z）。）。坐標軸相互關(guān)系：由右手坐標軸相互關(guān)系：由右手定則決定。定則決定。 回轉(zhuǎn)坐標：回轉(zhuǎn)坐標：繞繞X.Y.Z軸軸轉(zhuǎn)動的圓進給坐標軸分別轉(zhuǎn)動的圓進給坐標軸分別用用A.B.C表示，坐標軸相互表示，坐標軸相互關(guān)系由右手螺旋法則而定。關(guān)系由右手螺旋法則而定。2022-3-2311信息與電氣工程學

13、院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學同時控制同時控制X X、Y Y 、Z Z三三個直線坐標軸與某一個直線坐標軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標軸聯(lián)動旋轉(zhuǎn)坐標軸聯(lián)動2022-3-2312信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2313信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2314視頻視頻1播放播放-DMG五軸聯(lián)動五軸聯(lián)動視頻視頻2播放播放-DMG四軸聯(lián)動四軸聯(lián)動信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2315信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)l 3.1

14、.1 數(shù)字程序控制系統(tǒng)的基本概念數(shù)字程序控制系統(tǒng)的基本概念l 3.1.2 數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-23163.1.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的基本概念數(shù)字控制系統(tǒng)的基本概念 數(shù)控系統(tǒng)：輸入裝置、輸出裝置、數(shù)控系統(tǒng)：輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補器控制器和插補器。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 對圖所示的平面圖形，如何用計算機在繪圖儀或?qū)D所示的平面圖形，如何用計算機在繪圖儀或加工裝置上重現(xiàn)加工裝置上重現(xiàn)?Step1：將該圖分割成三段：將該圖分割成三段： ， ，

15、 ，并將并將a、b、c、d四點坐標送計算機；四點坐標送計算機；_bc_abcdStep2：插補計算插補計算確定各坐標之間的中間確定各坐標之間的中間值；值；Step3：把插補運算過程中定出的各中間：把插補運算過程中定出的各中間點，以脈沖信號形式去控制點，以脈沖信號形式去控制x，y方向上方向上的步進電機，帶動畫筆、刀具或線電極的步進電機，帶動畫筆、刀具或線電極運動，從而繪出圖形或加工出符合要求運動，從而繪出圖形或加工出符合要求的輪廓來。的輪廓來。圖圖3-1 3-1 曲線分段曲線分段山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2317l

16、 插補計算插補計算：給定曲線基點坐標，求得曲線中間值的數(shù)值給定曲線基點坐標，求得曲線中間值的數(shù)值計算方法。計算方法。l 插補計算原則插補計算原則：通過給定的基點坐標，以一定的速度連通過給定的基點坐標，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點，這些中間點的坐標值以一定的精度逼近續(xù)定出一系列中間點，這些中間點的坐標值以一定的精度逼近給定的線段。給定的線段。l 插補計算形式插補計算形式： 直線插補直線插補 (在給定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近在給定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近) 二次曲線插補圓弧、拋物線、雙曲線二次曲線插補圓弧、拋物線、雙曲線 (在給定的兩個基點之間用一條近似曲線來逼近在給定的兩

17、個基點之間用一條近似曲線來逼近)l 插補算法：插補算法：數(shù)字脈沖乘法器、數(shù)字積分法、數(shù)字脈沖乘法器、數(shù)字積分法、逐點比較法逐點比較法等。等。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2318l 步長步長(脈沖當量脈沖當量)：刀具對應(yīng)于每個脈沖移動的相：刀具對應(yīng)于每個脈沖移動的相對位置，可以用對位置，可以用 , 表示，一般表示，一般 。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)xyyx 每一個脈沖信號代表步進電機走一步，即畫筆或刀每一個脈沖信號代表步進電機走一步，即畫筆或刀具在具在

18、x方向或方向或y方向移動一個位置。方向移動一個位置。山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2319信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)x方向步數(shù)：方向步數(shù)：y方向步數(shù)：方向步數(shù)：圖圖3-2 3-2 用折線逼近直線段用折線逼近直線段xxxNex)(0yyyNey)(0根據(jù)偏離直線根據(jù)偏離直線(曲曲線線)的情況調(diào)整的情況調(diào)整x,y方向的進給方向的進給插補運算：如何分配插補運算：如何分配x和和y方向上的脈沖數(shù)，使實方向上的脈沖數(shù)，使實際的中間點軌跡盡可能地逼近理想軌跡。際的中間點軌跡盡可能地逼近理想軌跡。山東科技大學山東

19、科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-23203.1.2 數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成1. 1. 閉環(huán)數(shù)字控制閉環(huán)數(shù)字控制 信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 該控制方式主要用于大型精密加工機床，但其該控制方式主要用于大型精密加工機床，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于調(diào)整和維護。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于調(diào)整和維護。 直流電機直流電機碼盤、光柵、碼盤、光柵、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器等等山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-23212. 2. 開環(huán)數(shù)字控制開環(huán)數(shù)字控制信息與電

20、氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)l 開環(huán)數(shù)字控制結(jié)構(gòu)簡單，并且可靠性高、成本開環(huán)數(shù)字控制結(jié)構(gòu)簡單，并且可靠性高、成本低、易于調(diào)整和維護等，應(yīng)用最為廣泛。低、易于調(diào)整和維護等，應(yīng)用最為廣泛。l 由于采用了步進電動機作為驅(qū)動元件，使得系由于采用了步進電動機作為驅(qū)動元件，使得系統(tǒng)的可靠性變得更加靈活，更易于實現(xiàn)各種插補統(tǒng)的可靠性變得更加靈活，更易于實現(xiàn)各種插補運算和運動軌跡控制。運算和運動軌跡控制。一個脈沖，一一個脈沖，一個角度，丟掉個角度，丟掉后不變后不變山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2322第三章第三章 數(shù)字程序

21、控制系統(tǒng)數(shù)字程序控制系統(tǒng)3.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的概述數(shù)字控制系統(tǒng)的概述3.2 逐點比較插補原理逐點比較插補原理3.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)3.4 小小 結(jié)結(jié)信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-23233.2 逐點比較插補原理逐點比較插補原理插補原理：插補原理：刀具或畫筆每走一步都要和給定軌跡上刀具或畫筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進行比較一次，決定下一步的進給方向。的坐標值進行比較一次，決定下一步的進給方向。 “一點一比較，步步來逼近一點一比較，步步來逼近”信息與

22、電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)用階梯折線逼近曲線：用階梯折線逼近曲線： 走一步走一步 比較一次比較一次 決定下一步的走向決定下一步的走向 逐點比較法的最大誤差：一個脈沖當量（步長）逐點比較法的最大誤差：一個脈沖當量（步長）四方向插補四方向插補 八方向插補八方向插補山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-23243.2.1 逐點比較直線插補原理逐點比較直線插補原理1. 在第一象限內(nèi)的直線插補在第一象限內(nèi)的直線插補信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 直線段直線段OP是期望繪制的線段。是期望繪制的線段。OP把第

23、一象限劃分為兩個區(qū)域：把第一象限劃分為兩個區(qū)域：A+，A-。任取第一象限內(nèi)一點任取第一象限內(nèi)一點 ，定義定義 代表代表M點的偏差值：點的偏差值：( ,)iiM x yiFieieixyyxF山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2325信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 偏差判別式：偏差判別式：當當 時，表示時，表示M點在直線上；點在直線上；當當 時，表示時，表示M點在點在A+區(qū)域內(nèi)；區(qū)域內(nèi)；當當 時，表示時，表示M點在點在A-區(qū)域內(nèi)。區(qū)域內(nèi)。ieieixyyxF0iF0iF0iF進給方向確定：進給方向確定： 當

24、當 時，沿時，沿+x軸方向走一步；軸方向走一步； 當當 時，沿時，沿+y軸方向走一步；軸方向走一步； 當目前坐標與終點坐標相等，停止插補。當目前坐標與終點坐標相等，停止插補。0iF0iF山東科技大學山東科技大學乘法運算過于復(fù)雜，乘法運算過于復(fù)雜，也會降低程序的執(zhí)行力也會降低程序的執(zhí)行力能否簡化為加法或減法能否簡化為加法或減法信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2326信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) (a) 時進給時進給 (b) 時進給時進給 時，計算時，計算 時，計算時，計算圖圖3.6 第一象限直線插補的進給方向第一象限直線插補的

25、進給方向0iF0iF0iFeieieieieieiyFyxyyxxyyxF) 1(1eieieieieieixFxxyyxxyyxF) 1(10iF山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2327偏差計算簡化為：偏差計算簡化為： 若若M為起點為起點0，則，則 ； 否則否則 ：若：若Fi = 0， 若若Fi 0，終點判斷：終點判斷： (1) 雙計數(shù)器法：設(shè)定兩個減法計數(shù)器雙計數(shù)器法：設(shè)定兩個減法計數(shù)器Tx, Ty，當其全為零時，當其全為零時 終止。終止。 (2) 單計數(shù)器法：單計數(shù)器法： a. 總步數(shù)判斷法。設(shè)定一個減法計數(shù)器總

26、步數(shù)判斷法。設(shè)定一個減法計數(shù)器Tz。 b. 長軸步數(shù)判斷法。設(shè)定一個減法計數(shù)器長軸步數(shù)判斷法。設(shè)定一個減法計數(shù)器 Tl。eiiyFF1信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)eiixFF1001FFi山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2328信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2. 直線插補程序的流程圖直線插補程序的流程圖(1) 偏差判別：偏差判別：F0還是還是F0？(2) 進給：根據(jù)偏差和插補所在象限決定在什么方向進給：根據(jù)偏差和插補所在象限決定在什么方向上進給一步；上進給一步；(3) 偏差運算：計算進

27、給一步后的新偏差值；偏差運算：計算進給一步后的新偏差值；(4) 終點判別：若到達終點，則停止插補；若未到達終點判別：若到達終點，則停止插補；若未到達終點，則重復(fù)終點，則重復(fù)(1)(4)的工作。的工作。山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2329信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學 取終點坐標值；取終點坐標值；確定插補所在象確定插補所在象限；預(yù)置終點判限；預(yù)置終點判別計數(shù)器初值；別計數(shù)器初值； 置偏差為置偏差為0選取選取Xe和和Ye中中較大值作為終點較大值作為終點判別計數(shù)器的初判別計數(shù)器的初

28、值值信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-23303. 其它象限中的偏差判別及進給方向其它象限中的偏差判別及進給方向信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2331例題例題1：設(shè)加工第一象限直線：設(shè)加工第一象限直線OA，起點為，起點為O(0,0)，終點為終點為A(6,4)，試進行插補計算并作出走步軌跡圖。，試進行插補計算并作出走步軌跡圖。解解：(1) 確定總步數(shù)。確定總步數(shù)。 (2) 確定象限、偏差初值及計數(shù)器初值。確定象限、偏差初值及

29、計數(shù)器初值。 (3) 根據(jù)偏差判別進給方向，列出插補計算過根據(jù)偏差判別進給方向，列出插補計算過程表。程表。 (4) 繪制插補計算的走步軌跡圖。繪制插補計算的走步軌跡圖。 信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2332信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)步數(shù)步數(shù)偏差判別偏差判別坐標進給坐標進給偏差計算偏差計算終點判斷終點判斷起點F0=0Tx=61F0=0+xF1=F0-ye=-4Tx=52F10+xF3=F2-ye=-2Tx=44F30+xF5=F4-ye=0Tx=36F

30、5=0+xF6=F5-ye=-4Tx=27F60+xF8=F7-ye=-2Tx=19F80+xF10=F9-ye=0Tx=0插補計算過程表插補計算過程表山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2333信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)直線插補走步軌跡圖直線插補走步軌跡圖山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2334例題例題2：設(shè)加工第一象限直線：設(shè)加工第一象限直線AB，起點為，起點為A(3,2)，終，終點為點為B(9,6)，試進行插補計算并作出走

31、步軌跡圖。，試進行插補計算并作出走步軌跡圖。解：因為直線起點不在坐標原點，為算法實現(xiàn)方便，解：因為直線起點不在坐標原點，為算法實現(xiàn)方便，加工前應(yīng)將直線起點平移至坐標原點，即：加工前應(yīng)將直線起點平移至坐標原點，即： 信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng))4, 6()0, 0(00eeyxByxA山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-23353.2.2 逐點比較圓弧插補原理逐點比較圓弧插補原理圓?。簣A心坐標，半徑大小，起始點坐標。圓弧：圓心坐標，半徑大小，起始點坐標。 當圓心在當圓心在笛卡爾坐標系笛卡爾坐標系的原點時，

32、只需知道圓弧的的原點時，只需知道圓弧的起點坐標起點坐標( )即可算出圓弧的半徑即可算出圓弧的半徑 ，繼而畫出圓弧至終點坐標。繼而畫出圓弧至終點坐標。 由于圓弧繪制的方向不同，為便于表示圓弧所在象由于圓弧繪制的方向不同，為便于表示圓弧所在象限及繪制的方向，用限及繪制的方向，用SR1、SR2、SR3、SR4依次表示第一、依次表示第一、二、三、四象限中的順圓?。挥枚?、三、四象限中的順圓弧；用NR1、NR2、NR3、NR4依次表示第一、二、三、四象限中的逆圓弧。依次表示第一、二、三、四象限中的逆圓弧。)(22ooyxR信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)ooyx ,第六講第六講山東科技大學山

33、東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-23361. 第一象限圓弧插補原理第一象限圓弧插補原理ooyx ,eeyx ,信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 設(shè)要加工的設(shè)要加工的逆圓弧逆圓弧PQ在第一象限，在第一象限，圓弧的圓心在坐標原點，圓弧的起點為圓弧的圓心在坐標原點，圓弧的起點為P( )，終點為，終點為Q( )，圓弧半徑為，圓弧半徑為R。則：則： 圓弧內(nèi)部的點，其到圓心的距離圓弧內(nèi)部的點，其到圓心的距離小于圓弧半徑；圓弧外部的點，其到小于圓弧半徑；圓弧外部的點，其到圓心的距離大于圓弧半徑。圓心的距離大于圓弧半徑。 故：根據(jù)任一

34、點到圓心的距離與半故：根據(jù)任一點到圓心的距離與半徑之差作為偏差判別式：徑之差作為偏差判別式：22222eeooyxyxR222RyxFii山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2337信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)222222 ooiiyxRyxOM若若M點在圓弧上：點在圓弧上：20202222yxRyxOMii20202222yxRyxOMii若若M點在圓弧內(nèi)：點在圓弧內(nèi)：若若M點在圓弧外：點在圓弧外：F=0：圓弧上：圓弧上F0：圓弧外，：圓弧外，A+區(qū)域區(qū)域FB-C-A相輪流通電，則磁場沿相輪流通電，則磁

35、場沿A、B、C方向方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動360度角，轉(zhuǎn)子沿度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動了一個齒距的位置。方向轉(zhuǎn)動了一個齒距的位置。齒數(shù)為齒數(shù)為4，齒距角為，齒距角為90度，即度，即1個齒距轉(zhuǎn)動了個齒距轉(zhuǎn)動了90度。度。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2352信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)NAABS2424252525252560252525轉(zhuǎn)子定子CCBBCCBAAA步進電機步進電機 定子：三對磁極，每個磁極定子：三對磁極，每個磁極上五個六個齒上五個六個齒 轉(zhuǎn)子：四十個

36、矩形齒均勻分轉(zhuǎn)子：四十個矩形齒均勻分布在圓周上，則相鄰兩齒間夾布在圓周上，則相鄰兩齒間夾角為角為9度度山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2353工作過程：工作過程： A相通電：相通電：A相磁極與相磁極與0號齒對齊；號齒對齊； 13號齒靠近號齒靠近B相中心線，相差相中心線，相差3度；度； B相通電：相通電：B相磁極與相磁極與13號齒對齊；整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動號齒對齊；整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動3度；度； 26號齒靠近號齒靠近C相中心線，相差相中心線，相差3度；度； C相通電：相通電：C相磁極與相磁極與26號齒對齊，整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動號齒對齊，整個轉(zhuǎn)子

37、轉(zhuǎn)動3度；度； 39號齒靠近號齒靠近A相中心線，相差相中心線，相差3度；度； A相通電：相通電：A相磁極與相磁極與39號齒對齊，整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動號齒對齊，整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動3度。度。結(jié)論：結(jié)論： 定子按定子按A-B-C-A相輪流通電，則磁場沿相輪流通電，則磁場沿A、B、C方向方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動360度角，轉(zhuǎn)子沿度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動了方向轉(zhuǎn)動了9度。度。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2354 步進電機的步進電機的“相相”和和“拍拍” “相相” 繞組的個數(shù)繞組的個數(shù) “拍拍” 繞組的通

38、電狀態(tài)。如：三拍表示一個周期繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個周期共有共有3種通電狀態(tài)，六拍表示一個周期有種通電狀態(tài)，六拍表示一個周期有6種通電狀態(tài)，種通電狀態(tài)，每個周期步進電機轉(zhuǎn)動一個齒距。每個周期步進電機轉(zhuǎn)動一個齒距。 N：步進電機的拍數(shù)：步進電機的拍數(shù) Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 則：齒距角則：齒距角 步進電機每拍步進的角度，即步距角：步進電機每拍步進的角度，即步距角： 信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)ZZz3602NZNz360山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-23553.3.2 步進電機的工作方

39、式步進電機的工作方式l 步進電機的步進電機的通電方式通電方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。 l 三相步進電機三相步進電機工作方式工作方式 單相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍。單相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍。 l 步進電機的步進電機的方向控制方法方向控制方法 (1) 計算機輸出接口的每一位控制一相繞組，如用計算機數(shù)計算機輸出接口的每一位控制一相繞組，如用計算機數(shù)據(jù)線的據(jù)線的D0，D1，D2分別接到分別接到A，B，C三相；三相； (2) 根據(jù)所選定的步進電機及控制方式寫出相應(yīng)的控制方式根據(jù)所選定

40、的步進電機及控制方式寫出相應(yīng)的控制方式的數(shù)學模型。的數(shù)學模型。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2356(1)單三拍的工作方式：單三拍的工作方式： 正向旋轉(zhuǎn)，通電順序為正向旋轉(zhuǎn)，通電順序為 ABCA； 反向旋轉(zhuǎn)，通電順序為反向旋轉(zhuǎn)，通電順序為 ACBA。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)步步序序控制位控制位工作工作狀態(tài)狀態(tài)控制控制模型模型D2(C相相) D1(B相相) D0(A相相)1001A01H2010B02H3100C04H表表3-5 單三拍正轉(zhuǎn)數(shù)學模型單三

41、拍正轉(zhuǎn)數(shù)學模型 單三拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形單三拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2357(2) 雙三拍的工作方式：雙三拍的工作方式： 正向旋轉(zhuǎn)，通電順序為正向旋轉(zhuǎn)，通電順序為 ABBCCAAB； 反向旋轉(zhuǎn)，通電順序為反向旋轉(zhuǎn)，通電順序為 ABCABCAB。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)步步序序控制位控制位工作工作狀態(tài)狀態(tài)控制控制模型模型D2(C相相) D1(B相相)D0(A相相)1011AB03H2110BC06H3101CA05H表表3-6 雙三拍正轉(zhuǎn)數(shù)學模型雙三拍正轉(zhuǎn)數(shù)學模型 雙三拍

42、正轉(zhuǎn)工作的電壓波形雙三拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2358(3) 三相六拍方式：三相六拍方式： 正向旋轉(zhuǎn)，通電順序為正向旋轉(zhuǎn)，通電順序為 AABBBCCCAA； 反向旋轉(zhuǎn)，通電順序為反向旋轉(zhuǎn)，通電順序為 ACACBCBABA。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)步步序序控制位控制位工作工作狀態(tài)狀態(tài)控制控制模型模型D2(C相相)D1(B相相)D0(A相相)1001A01H2011AB03H3010B02H4110BC06H5100C04H6101CA05H表表3-7 三相六拍正轉(zhuǎn)數(shù)學模型

43、三相六拍正轉(zhuǎn)數(shù)學模型 三相六拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形三相六拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2359 所謂步進電機的方向控制，實際上就是按照上所謂步進電機的方向控制，實際上就是按照上述某一種控制方式所規(guī)定的順序向步進電機發(fā)送脈述某一種控制方式所規(guī)定的順序向步進電機發(fā)送脈沖序列，即可達到控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向。沖序列，即可達到控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-236

44、03.3.3 步進電動機的控制系統(tǒng)步進電動機的控制系統(tǒng) 典型的步進電機控制系統(tǒng)，如圖所示。典型的步進電機控制系統(tǒng)，如圖所示。 步進電機控制系統(tǒng)主要由步進電機控制系統(tǒng)主要由步進電機控制器步進電機控制器、功率放大功率放大器器及及步進電機步進電機組成。組成。 步進電機控制器由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏步進電機控制器由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正、反轉(zhuǎn)控制門等組成。其作用是：把輸入的脈沖轉(zhuǎn)輯及正、反轉(zhuǎn)控制門等組成。其作用是：把輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)形脈沖以控制步進電機，并能進行正反向控制；換成環(huán)形脈沖以控制步進電機，并能進行正反向控制； 功率放大器的作用：把環(huán)形脈沖放大以驅(qū)動步進電機功率放大器

45、的作用：把環(huán)形脈沖放大以驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。缺點缺點：控制器線路復(fù)雜、成本高。：控制器線路復(fù)雜、成本高。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2361 計算機控制步進電機原理圖計算機控制步進電機原理圖 計算機的作用計算機的作用：把并行二進制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，把并行二進制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制并實現(xiàn)方向控制。每當步進電機得到一個脈沖便沿著轉(zhuǎn)向。每當步進電機得到一個脈沖便沿著轉(zhuǎn)向控制線信號所確定的方向走一步。只要負載在步進電機的控制線

46、信號所確定的方向走一步。只要負載在步進電機的允許范圍內(nèi)，每個脈沖將使步進電機轉(zhuǎn)動一個固定的步距允許范圍內(nèi)，每個脈沖將使步進電機轉(zhuǎn)動一個固定的步距角，角，根據(jù)步距角的大小及實際走的步數(shù)，只需知道初始位根據(jù)步距角的大小及實際走的步數(shù)，只需知道初始位置，即可知曉步進電機的最終位置。置，即可知曉步進電機的最終位置。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2362微機的運動控制功能微機的運動控制功能 改變輸出脈沖數(shù)，控制步進電機的走步數(shù)；改變輸出脈沖數(shù)，控制步進電機的走步數(shù)； 改變各相繞組的

47、通電順序，控制步進電機的轉(zhuǎn)改變各相繞組的通電順序，控制步進電機的轉(zhuǎn) 向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)； 改變輸出脈沖的頻率，控制步進電機的轉(zhuǎn)速。改變輸出脈沖的頻率，控制步進電機的轉(zhuǎn)速。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2363例如：采用例如：采用8255芯片以三相六拍的控制方式控制芯片以三相六拍的控制方式控制 x, y軸步進電機。軸步進電機。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2364 8255的的PA、PB口分別控制口分別控制x, y軸步進電機。軸步進電機。 輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)“ 1”表示通電，表示通電，“ 0”表示斷電。表示斷電。 信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-2365信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存：輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存： 正轉(zhuǎn)訪問順序：正轉(zhuǎn)訪問順序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 反轉(zhuǎn)訪問順序：反轉(zhuǎn)訪