數(shù)控機(jī)器運(yùn)動(dòng)控制指令生成課件

1、第七章 數(shù)控機(jī)器運(yùn)動(dòng)控制指令生成第1頁，共48頁。第一節(jié) 運(yùn)動(dòng)控制分類一、運(yùn)動(dòng)控制分類 1、點(diǎn)位控制 2、連續(xù)路徑控制（輪廓控制或仿形控制） 連續(xù)路徑控制一般為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制可以采用開環(huán)或閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。第2頁，共48頁。第3頁，共48頁。二、機(jī)器人按控制水平分類 1、點(diǎn)位控制機(jī)器人 2、連續(xù)路徑控制機(jī)器人 3、控制路徑機(jī)器人三、路徑和軌跡 1、路徑 2、軌跡 第4頁，共48頁。四、曲線描述方法 1、非參量法 2、參量法 非參量法存在的問題：P234參量法解決了的問題：P234第5頁，共48頁。第二節(jié) 運(yùn)動(dòng)控制與插補(bǔ)原理運(yùn)動(dòng)控制指令由插補(bǔ)器生成 一、運(yùn)動(dòng)控制的發(fā)展 第6頁，共48

2、頁。第7頁，共48頁。二、插補(bǔ)的概念 第8頁，共48頁。數(shù)字微分分析DDA 插補(bǔ)方法：（1）脈沖增量插補(bǔ)(如DDA法,P236)（2）數(shù)據(jù)采 集插補(bǔ)(P242) 第9頁，共48頁。三、DDA法插補(bǔ) 1、DDA直線插補(bǔ) 第10頁，共48頁。第11頁，共48頁。第12頁，共48頁。第13頁，共48頁。第14頁，共48頁。 數(shù)控機(jī)床的核心問題是控制刀具或工件的運(yùn)動(dòng)，加工出零件的表面形狀。在加工各種零件輪廓時(shí)，必須控制刀具相對于工件以給定的速度沿指定的路徑運(yùn)動(dòng)，即控制各軸按某一規(guī)律協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)功能在數(shù)控系統(tǒng)中稱為插補(bǔ)功能。 根據(jù)插補(bǔ)所采用的原理和計(jì)算方法的不同，目前應(yīng)用的插補(bǔ)方法分為兩類：基準(zhǔn)脈沖(

3、脈沖增量)插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。數(shù)控機(jī)床中的插補(bǔ)問題第15頁，共48頁。基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ) 每插補(bǔ)運(yùn)算一次，最多給每一個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸送出一個(gè)脈沖。每個(gè)脈沖代表一個(gè)最小位移量，脈沖系列的頻率代表坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的速度，脈沖數(shù)量表示其位移量。最高進(jìn)給速度取決于插補(bǔ)軟件一次插補(bǔ)所需的時(shí)間，這類方法的特點(diǎn)是簡單易實(shí)現(xiàn)，通常只要做加法和位移即可。其每插補(bǔ)運(yùn)算一次，最多給每一運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸送一個(gè)進(jìn)給脈沖。 第16頁，共48頁。 基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)方法： 數(shù)字脈沖乘法器插補(bǔ)法、逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法(DDA法)、比較積分法、矢量判別法等。 其中逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法用的最多，適用于以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的開環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)和粗精二級(jí)插補(bǔ)以及

4、其它的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，其最高速度受到限制 。第17頁，共48頁。逐點(diǎn)比較法每走一步需要完成四個(gè)工作節(jié)拍， a 偏差判別 b 進(jìn)給加工c 偏差計(jì)算 d 終點(diǎn)判別 未到終點(diǎn)時(shí)，繼續(xù)重復(fù)上述四個(gè)節(jié)拍（步驟）的循環(huán)過程。1、逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)原理 按照四個(gè)工作節(jié)拍進(jìn)行分析：逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理第18頁，共48頁。 （1）偏差判別： 設(shè)要加工第一象限的直線OA，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為A(xe,ye)，動(dòng)點(diǎn)M為刀尖的實(shí)際位置，建立直線方程式 。 將直線OM的斜率和直線OA的斜率相比較可知： yi/xi = ye/xe, M點(diǎn)在線OA上；yi/xi ye/xe, M點(diǎn)在線OA上方（圖上 M點(diǎn)）yi/xI 0時(shí)

5、，M在直線上方Fi 0時(shí)，M在直線下方（2）進(jìn)給加工 為了減少加工誤差，使刀具向加工直線靠攏。當(dāng)Fi0時(shí)，應(yīng)向“+x”方向發(fā)送一個(gè)脈沖；當(dāng)Fi 0時(shí)，應(yīng)向“+y”方向發(fā)送一個(gè)脈沖。每當(dāng)發(fā)一個(gè)脈沖，動(dòng)點(diǎn)M取得新一點(diǎn)的坐標(biāo)值，并可計(jì)算出新的偏差，從而決定下一步的走向。xyA(xe,ye)MM”M(xi,yi)O第20頁，共48頁。 （3）計(jì)算新偏差 設(shè)某一時(shí)刻加工點(diǎn)M(xi,yi)。若偏差為Fi0則刀具應(yīng)該向“+x”方向進(jìn)給到達(dá)新的一點(diǎn)M1(xi+1,yi+1) 即有：xi+1=xi+1, yi+1=yi則M1的偏差為 Fi+1= xeyi+1 - yexi+1 = xeyi - ye(xi+1)

6、 = xeyi - yexi- ye = Fi - yexyA(xe,ye)MM”M(xi,yi)O第21頁，共48頁。xyA(xe,ye)MM”M(xi,yi)O若 Fi0，則加工點(diǎn)M在圓弧外（M點(diǎn)）；若Fi0，則加工點(diǎn)M在圓弧內(nèi)（M點(diǎn)）。第27頁，共48頁。 （2）進(jìn)給加工 當(dāng)Fi0時(shí)，應(yīng)向“-x”方向發(fā)送一個(gè)脈沖；當(dāng)Fi 0時(shí)，應(yīng)向“+y”方向發(fā)送一個(gè)脈沖。每當(dāng)發(fā)一個(gè)脈沖，動(dòng)點(diǎn)M取得新一點(diǎn)的坐標(biāo)值，并可計(jì)算出新的偏差，從而決定下一步的走向。第28頁，共48頁。 （3）計(jì)算新偏差 新偏差計(jì)算可由下述方法得到： 設(shè)某時(shí)刻加工點(diǎn)M在圓弧外側(cè)，則Fi0，為減少偏差，應(yīng)想-x 方向走一步，到達(dá)新的

7、一點(diǎn)(xi+1,yi+1)，于是有 ： xi+1= xi -1 yi+1=yi 那么新的一點(diǎn)的偏差為 Fi+1=xi+12+yi+12-R2 =(xi-1)2+y2-R2 =xi2-2xi+1+yi2-R2 =Fi-2xi+1 第29頁，共48頁。 若M點(diǎn)在圓弧的內(nèi)側(cè)，其偏差Fi0，為減少偏差應(yīng)向+y方向發(fā)送一個(gè)進(jìn)給脈沖（+y）,而到達(dá)新的一點(diǎn)(xi+1,yi+1)，于是有： xI+1= xi yi+1=yi+1 則新一點(diǎn)的偏差為： Fi+1= xi+12+yi+12-R2 = xi2+( yi+1)2-R2 = xi2+yi2+2yi+1-R2 = Fi+2yi+1第30頁，共48頁。（4）

8、終點(diǎn)判別 逐點(diǎn)比法圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判別方法與直線插補(bǔ)完全相同。但是當(dāng)使用第四種方法時(shí)，記數(shù)方向G由圓弧在終點(diǎn)附近的趨向而定。若圓弧在終點(diǎn)趨近于平行x軸，則取G=Gx；若圓弧在終點(diǎn)趨近于平行y軸，則取G=Gy。常用的是： 設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器J，把兩個(gè)方向的步數(shù)之和預(yù)置其中，每次進(jìn)給一步，計(jì)數(shù)器 J 做一次減“1”運(yùn)算，直到 J = 0 ，表示到達(dá)終點(diǎn)，發(fā)出停機(jī)信號(hào)。一般計(jì)算時(shí)按被加工的各段曲線在計(jì)數(shù)方向的絕對值之和。第31頁，共48頁。初始化置數(shù)xq,yq,F=0N=|xqx0| |yqy0|F0?送一個(gè)（-x）進(jìn)給脈沖F=F-2x+1X=x-1F=F-2y+1Y=y-1送一個(gè)（+y)進(jìn)給脈沖N=n-1

9、n=0結(jié)束YNNY逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)計(jì)算流程圖第32頁，共48頁。例2：第一象限逆圓AB,起點(diǎn)A（5，0），終點(diǎn)B(0,5),半徑R=5，終點(diǎn)判別采用第三種方法，用逐點(diǎn)比較法完成插補(bǔ)運(yùn)算。解：插補(bǔ)總步數(shù)N= xi + yi =5+5=10第33頁，共48頁。合成運(yùn)動(dòng)軌跡如圖：第一象限逆圓插補(bǔ)軌跡第34頁，共48頁。第三節(jié) 數(shù)字微分分析（DDA）器步進(jìn)電機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)和參考脈沖伺服系統(tǒng)中 1、輸入信號(hào)2、輸出軸的轉(zhuǎn)速3、輸出軸的位置4、輸出軸的轉(zhuǎn)向5、數(shù)字微分分析法 第35頁，共48頁。第三節(jié) 數(shù)字微分分析（DDA）器一、常速度分布情況 設(shè)速度v為常量，則位置函數(shù)p(t)為：將時(shí)間N等份，則每一等

10、份時(shí)間為于是：第36頁，共48頁。第三節(jié) 數(shù)字微分分析（DDA）器二、常加速度分布情況 三、直線運(yùn)動(dòng) 第37頁，共48頁。第三節(jié) 數(shù)字微分分析（DDA）器二、圓周運(yùn)動(dòng) 第38頁，共48頁。第四節(jié) 直線與圓弧插補(bǔ)器一、直線插補(bǔ)器 二、圓弧插補(bǔ)器第39頁，共48頁。第五節(jié) 樣條函數(shù)軌跡規(guī)劃器一、點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制 第40頁，共48頁。第41頁，共48頁。第42頁，共48頁。第43頁，共48頁?？紤]x-y平面上的直線運(yùn)動(dòng)路徑，源點(diǎn)坐標(biāo)(5，-2)，終點(diǎn)坐標(biāo)為(1，-1)。設(shè)兩軸最大加速度限制：xmax=ymax=2。試設(shè)計(jì)三次多項(xiàng)式樣條函數(shù)點(diǎn)位控制指令。 例解 所以協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)先設(shè)計(jì)x軸，再利用下列直線方程變換成y軸控制指令。 第44