測(cè)控電路邏輯與數(shù)字控制電路

1、 10. 邏輯與數(shù)字控制電路精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子郵件：9/16/202210. 邏輯與數(shù)字控制電路 繼電控制電路可編程邏輯組件數(shù)控機(jī)床控制電路9/16/2022主要用于機(jī)床的起動(dòng)、停止等基本操作和安全保護(hù)上，具有操作方便、安全可靠的特點(diǎn)。10. 1 繼電控制電路3三相異步電機(jī)控制電路10. 1 繼電控制電路 L1 L2 L3KM1-1 。FU2SB1SB2SW手動(dòng)自動(dòng)KM1-2KM1KA1-1FU1FR1FR1-1QSM3三相交流電源三相交流電機(jī)閘刀開(kāi)關(guān)起動(dòng)按鈕停止按鈕熱繼電器繼電器繼電器主觸點(diǎn) 繼電器自鎖觸點(diǎn)熔斷器熔斷器熱繼電器觸點(diǎn)受外部繼電器控制觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)主回路控制回路（

2、一）工作原理9/16/2022(1) 開(kāi)關(guān) 轉(zhuǎn)換到新位置后保持在該位置，狀態(tài)易于識(shí)別。 工作安全可靠。 允許的工作電壓、電流大，按額定值選用。主回路工作電壓、電流大，采用閘刀開(kāi)關(guān)；控制回路采用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，允許的工作電壓、電流大小些，操作輕便。 x刀y擲:表示同時(shí)可以接通x條通路，可以切換到y(tǒng)個(gè)工作位置。 操作不方便。 10. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路（二）主要功能器件9/16/202210. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路(2) 按鈕 按下按鈕后在彈簧作用下回到原位置。按鈕回復(fù)原位后靠繼電器保持所需工作狀態(tài)。 操作方便，但不如開(kāi)關(guān)工作安全可靠，狀態(tài)也不明顯。 允許的工作電壓、電

3、流有額定值。比閘刀開(kāi)關(guān)小。 （二）主要功能器件9/16/202210. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路(2) 按鈕(2) 按鈕 可以包含多組常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，起動(dòng)按鈕多利用常開(kāi)觸點(diǎn)，停止按鈕多利用常閉觸點(diǎn)。 停止按鈕易于看到，易于觸及?？梢杂卸鄠€(gè)，甚至一片。 （二）主要功能器件常閉觸點(diǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)彈簧9/16/202210. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路(3) 繼電器 將電路的通斷控制向下傳的器件。 繼電器在結(jié)構(gòu)上為電磁鐵加觸點(diǎn)，是電磁鐵控制的開(kāi)關(guān)。 具有功率放大作用，線圈中通過(guò)電流小、加到線圈上的電壓也小，觸點(diǎn)允許的電流、電壓大。 觸點(diǎn)導(dǎo)通電阻小、切斷電阻大。 （二）主要功能器件9/

4、16/202210. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路（二）主要功能器件1 3 常閉觸點(diǎn)1 2 常開(kāi)觸點(diǎn)鐵心線圈線圈引線彈簧鐵軛12345678(3) 繼電器9/16/202210. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路(3) 繼電器繼電器由觸點(diǎn)，線圈與磁路系統(tǒng)及反作用彈簧等組成。當(dāng)在線圈中通入一定數(shù)值的電流或施加一定的電壓時(shí)，可使可動(dòng)銜鐵吸合，因而帶動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)使活動(dòng)觸點(diǎn)與一固定觸點(diǎn)接通，與另一固定觸點(diǎn)斷開(kāi)。利用觸點(diǎn)的這種閉合或打開(kāi)，就可以對(duì)電路進(jìn)行通斷控制。繼電器具有以一控多功能。KM1-1表示KM1的第一對(duì)觸點(diǎn)。通過(guò)自鎖觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)記憶保持功能。 （二）主要功能器件9/16/2022 L1

5、 L2 L3KM1-1 FU2SB1SB2SW手動(dòng)自動(dòng)KM1-2KM1KA1-1FU1FR1FR1-1QSM3三相交流電源三相交流電機(jī)閘刀開(kāi)關(guān)起動(dòng)按鈕停止按鈕熱繼電器繼電器繼電器主觸點(diǎn) 繼電器自鎖觸點(diǎn)熔斷器熔斷器熱繼電器觸點(diǎn)受外部繼電器控制觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)主回路控制回路10. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路(3) 繼電器（二）主要功能器件1110. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路繼電器是控制和保護(hù)線路中廣泛應(yīng)用的一種自動(dòng)控制電器。其工作原理是在輸入一定的物理量（例如電流、電壓、轉(zhuǎn)速、時(shí)間、溫度等）的作用下，自動(dòng)接通或者斷開(kāi)觸點(diǎn)，完成電路同、斷功能。常用的繼電器分為：電流繼電器、電壓繼電

6、器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器等。(3) 繼電器（二）主要功能器件12當(dāng)工作器械在長(zhǎng)期的小范圍（相對(duì)與熔斷器而言）超載，熱繼電器內(nèi)的熱敏元件（如雙金屬片）工件，熱繼電器動(dòng)作，切斷控制回路，對(duì)進(jìn)行器械起保護(hù)作用。用作保護(hù)用的繼電器常需要人工干預(yù)，才能回到正常狀態(tài)。10. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路(3) 繼電器（二）主要功能器件13三相異步電機(jī)控制電路(4) 熔斷器熔斷器俗稱保險(xiǎn)絲，由易熔金屬指成，當(dāng)工作器械出現(xiàn)顯著超載時(shí)，立即切斷電路。需要更換熔斷器工作器械才能繼續(xù)工作，這樣做有利于保障安全。熔斷器的選擇要保證工作器械的安全。（二）主要功能器件10. 1 繼電控制電路9/16/

7、2022(三) 自動(dòng)控制模式由計(jì)算機(jī)軟件或外部信號(hào)控制動(dòng)作10. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路UiKD1KA13相保護(hù)二極管 /50Hz /380VA1B1C1 +5V KD1-1 KA1Ui KA1-1A2B2C2VDKD1R V9/16/2022 L1 L2 L3KM1-1 FU2SB1SB2SW手動(dòng)自動(dòng)KM1-2KM1KA1-1FU1FR1FR1-1QSM3三相交流電源三相交流電機(jī)閘刀開(kāi)關(guān)起動(dòng)按鈕停止按鈕熱繼電器繼電器繼電器主觸點(diǎn) 繼電器自鎖觸點(diǎn)熔斷器熔斷器熱繼電器觸點(diǎn)受外部繼電器控制觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)主回路控制回路10. 1 繼電控制電路三相異步電機(jī)控制電路16一般的邏輯器件，如門(mén)電

8、路都是不可編程的，或稱定制式器件，即它的功能是固定的，連接的輸入、輸出都通過(guò)硬件連接是固定的。PLD與定制器件的主要區(qū)別是可編程性，其邏輯功能可由用戶通過(guò)軟件編程構(gòu)造或設(shè)置。使設(shè)計(jì)靈活，研制周期縮短，空間尺寸減小，降低故障率。10. 2 可編程邏輯組件10.2.1 可編程邏輯器件(PLD)1710.2.1 可編程邏輯器件(PLD)10. 2 可編程邏輯組件PLD的輸入信號(hào)A通過(guò)緩沖器，以其互補(bǔ)信號(hào)輸至陣列電路。連線交叉處，實(shí)心點(diǎn)表示固定連接， “” 號(hào)的為編程連接，無(wú)任何符號(hào)即為不連接或是擦除單元輸入輸出 輸入緩沖器B = AAAABDEFC = A1B 0 1ABC1 0 0 1 1DEF

9、1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11119/16/202210. 2 可編程邏輯組件10.2.1 可編程邏輯器件(PLD)）通常與門(mén) ）PLD與門(mén)）通常或門(mén) ）PLD或門(mén)ABCA &BDDC&ABCA 1BDDC19/16/202210. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)還有帶反饋、帶寄存器和異或門(mén)型可編程陣列邏輯 (PAL)可編程，可以通過(guò)編程連接；不可編程，需要通過(guò)跨線連接9/16/202210. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制在一個(gè)系統(tǒng)中往往有若干個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，只有被選中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，

10、才受到控制。各個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有不同的E1E2編碼，本列中被選中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)部門(mén)為E1E20+E步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)時(shí)鐘CK環(huán)功選中信號(hào)E1選中信號(hào)E2初態(tài)設(shè)置S配Q2動(dòng)C轉(zhuǎn)向控制D電Q3電D路路行Q0率A分Q1驅(qū)B2110. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制為使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)中正確運(yùn)行，需要設(shè)定初始狀態(tài)。每進(jìn)一個(gè)時(shí)鐘脈沖CK，按照轉(zhuǎn)向控制信號(hào)D的要求，按確定方向轉(zhuǎn)一步。+E步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)時(shí)鐘CK環(huán)功選中信號(hào)E1選中信號(hào)E2初態(tài)設(shè)置S配Q2動(dòng)C轉(zhuǎn)向控制D電Q3電D路路行Q0率A分Q1驅(qū)B2210. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (P

11、AL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制在只有四狀態(tài)情況下，只需要兩個(gè)獨(dú)立的Q就可以控制，這里 、 。因此只需要正確控制Q0 Q2就可以了。 2310. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制在該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)未被選中情況下，要求它的狀態(tài)不變，因此對(duì)于其它步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，根據(jù)它們的編碼，上面公式中的E1和E2需要變?yōu)椋?E1或E2。本例中初始狀態(tài)設(shè)為Q0 Q2 1。設(shè)置初始狀態(tài)的邏輯方程為2410. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)步序卡諾圖 環(huán)行分配器輸出信號(hào)四序邏輯 卡諾圖用來(lái)表達(dá)某狀態(tài)變量的n+1

12、態(tài)與各個(gè)量n態(tài)狀態(tài)之間關(guān)系2510. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制卡諾圖的依據(jù)是真值表1. 根據(jù)n態(tài)選定單元格；2. 根據(jù)n+1態(tài)填入狀態(tài)碼1n=1 0n=2 0n=3 1n=4D=0時(shí)Q0n+1的卡諾圖卡諾圖的格數(shù)=2k2610. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制10n=1 0n=2 n=3 1n=4D=0時(shí)Q0n+1的卡諾圖10012710. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制10n=1 0n=2 n=3 1n=4D=1時(shí)Q0n+1的

13、卡諾圖10012810. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制10011001D=1時(shí)Q0n+1的卡諾圖D=0時(shí)Q0n+1的卡諾圖10010011Q0n+1的卡諾圖2910. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制01n=1 0n=2 n=3 1n=4D=0時(shí)Q2n+1的卡諾圖10103010. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制10n=1 0n=2 n=3 1n=4D=1時(shí)Q2n+1的卡諾圖010131010110. 2 可編程邏輯組件10.2.2

14、可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制1010D=1時(shí)Q2n+1的卡諾圖D=0時(shí)Q2n+1的卡諾圖10101100Q2n+1的卡諾圖3210. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制10101100Q2n+1的卡諾圖10010011Q0n+1的卡諾圖3310. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制考慮到34PAL16R4 PAL DESIGH SPECIFICATIONSMC 06/22/96STEPPED MOTOR CONTROLLER SHANGHAI CONTROL TECHNO

15、LOGY INSTITUTECK E1A E2A SA DA E1B E2B SB DB GND/OC /Q3B /Q1B /Q2B /Q0B /Q2A /Q0A /Q3A /Q1A UccQ0A : = /E1A*/E2A*SA ; SETP 1 IF SET + Q0A*E1A ; HOLD IF E1A + Q0A*E2A ; HOLD IF E2A + /E1A*/E2A*/DA*Q2A ; LOAD Q2A IF /DA + /E1A*/E2A*DA*/Q2A ; LOAD /Q2A IF DA10. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控

16、制35IF (Ucc) Q1A := /Q0AQ2A : = /E1A*/E2A*SA ; SETP 1 IF SET + Q2A*E1A ; HOLD IF E1A + Q2A*E2A ; HOLD IF E2A + /E1A*/E2A*/DA*/Q0A ; LOAD Q0A IF /DA + /E1A*/E2A*DA*Q0A ; LOAD /Q0A IF DAIF (Ucc) Q3A := /Q2AQ0B : = /E1B*/E2B*SB ; SETP 1 IF SET + Q0B*E1B ; HOLD IF E1B + Q0B*E2B ; HOLD IF E2B + /E1B*/E2B*

17、/DB*Q2B ; LOAD Q2B IF /DB + /E1B*/E2B*DB*/Q2B ; LOAD /Q2B IF DB10. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制36IF (Ucc) Q1B := /Q0BQ2B : = /E1B*/E2B*SB ; SETP 1 IF SET + Q2B*E1B ; HOLD IF E1B + Q2B*E2B ; HOLD IF E2B + /E1B*/E2B*/DB*/Q0B ; LOAD Q0B IF /DB + /E 1B*/E2B*DB*Q0B ; LOAD /Q0B IF DBIF (Ucc)

18、 Q3B := /Q2B10. 2 可編程邏輯組件10.2.2 可編程陣列邏輯 (PAL)應(yīng)用舉例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制3710. 2 可編程邏輯組件10.2.3 現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列邏輯 (FPGA)在PLD與PAL基礎(chǔ)上發(fā)展了通用陣列邏輯 (GAL)、復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD) 和現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列邏輯 (FPGA) 等。FPGA由可編程邏輯模塊(CLB)、輸入/輸出模塊(IOB)和互聯(lián)資源(IR)三部分組成，用戶可以通過(guò)編程將許多獨(dú)立的可編程邏輯模塊模塊連接成所需要的數(shù)字系統(tǒng) 。 9/16/202210. 2 可編程邏輯組件10.2.3 現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列邏輯 (FPGA)IR IRIRIRIRIRI

19、RIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIOBIOBIOBIOB9/16/202210.3.1 工作原理10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路位置控制位置指令位置檢測(cè)這是一根軸的電路，多軸常還需要聯(lián)動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)已發(fā)展到六軸、七軸全閉環(huán)伺服系統(tǒng) 9/16/202210.3.1 工作原理如果位置信號(hào)不從工作臺(tái)位移取出，而從傳動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)角取出，則稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。如果沒(méi)有位置反饋，工作臺(tái)按指令運(yùn)動(dòng)，則稱為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.1 工作原理細(xì)分辨向電路 位置比較與速度給定單元保護(hù)電路速度調(diào)節(jié)電路電網(wǎng)電

20、源電路電動(dòng)機(jī)電流 測(cè)試電路電流調(diào)節(jié)電路功率驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器可逆計(jì)數(shù)器0方波90方波加計(jì)數(shù)脈沖零位信號(hào)實(shí)測(cè)位移速度給定實(shí)測(cè)速度鎖零信號(hào)電動(dòng)機(jī)電流給定實(shí)測(cè)電流位移傳感器信號(hào)測(cè)量信號(hào)形成電路電樞電流電樞電流去直流穩(wěn)壓電源熱保護(hù)溫度測(cè)試3相/50Hz/380V3相/50Hz/12V3相/50Hz/380V位置指令減計(jì)數(shù)脈沖9/16/2022 光電編碼器輸出相位差90的兩路方波信號(hào)，經(jīng)細(xì)分辨向電路輸出加減計(jì)數(shù)脈沖，可逆計(jì)數(shù)器記錄工作臺(tái)位移。配合零位信號(hào)確定工作臺(tái)絕對(duì)位置。將實(shí)際位置與指令位置進(jìn)行比較確定工作臺(tái)應(yīng)當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)、慢速運(yùn)動(dòng)或停止運(yùn)動(dòng)。在多軸聯(lián)到的場(chǎng)合下，指令位置可能來(lái)自其它運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)計(jì)數(shù)

21、脈沖的頻率可以確定工作臺(tái)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度。 10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.1 工作原理9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.1 工作原理 速度調(diào)節(jié)電路將所要求的給定速度與實(shí)測(cè)速度進(jìn)行比較，確定電動(dòng)機(jī)的給定電流。電流調(diào)節(jié)電路將給定電流與實(shí)測(cè)的電動(dòng)機(jī)電樞電流進(jìn)行比較，進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。電流調(diào)節(jié)電路的輸出送到觸發(fā)脈沖發(fā)生器，控制功率驅(qū)動(dòng)電路中的晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電流和轉(zhuǎn)速。電網(wǎng)電源電路給觸發(fā)脈沖發(fā)生器、功率驅(qū)動(dòng)電路和直流穩(wěn)壓電路供電。保護(hù)電路測(cè)試電動(dòng)機(jī)和晶閘管的溫度，在過(guò)熱情況下進(jìn)行保護(hù)。 9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例細(xì)分辨向電路

22、 位置比較與速度給定單元保護(hù)電路速度調(diào)節(jié)電路電網(wǎng)電源電路電動(dòng)機(jī)電流 測(cè)試電路電流調(diào)節(jié)電路功率驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器可逆計(jì)數(shù)器0方波90方波加計(jì)數(shù)脈沖零位信號(hào)實(shí)測(cè)位移速度給定實(shí)測(cè)速度鎖零信號(hào)電動(dòng)機(jī)電流給定實(shí)測(cè)電流位移傳感器信號(hào)測(cè)量信號(hào)形成電路電樞電流電樞電流去直流穩(wěn)壓電源熱保護(hù)溫度測(cè)試3相/50Hz/380V3相/50Hz/12V3相/50Hz/380V位置指令減計(jì)數(shù)脈沖10.3.2 測(cè)量信號(hào)形成電路4510.3.2 測(cè)量信號(hào)形成電路10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例光電編碼器一通道電路GDS+12VVLD1V1N1去細(xì)分辨向電路9/16/2022 傳感器可以是碼盤(pán)或光柵。光電二極管VD1將碼盤(pán)或

23、莫爾條紋光通量的變化轉(zhuǎn)換成電流變化，經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管V1構(gòu)成的跟隨器進(jìn)行阻抗變換和功率放大后，送入由N1構(gòu)成的電壓比較器，整形成為方波信號(hào)。 兩路相同的測(cè)量信號(hào)形成電路形成相位差90的A、B兩個(gè)通道方波信號(hào)。A、B兩路方波信號(hào)送入細(xì)分辨向電路。 零位傳感器可以采用零位光柵、狹縫、光電開(kāi)關(guān)等。在光柵零位或狹縫通過(guò)時(shí)發(fā)出零位脈沖信號(hào)。 10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.2 測(cè)量信號(hào)形成電路9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例 位置比較與速度給定單元保護(hù)電路速度調(diào)節(jié)電路電網(wǎng)電源電路電動(dòng)機(jī)電流 測(cè)試電路電流調(diào)節(jié)電路功率驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器可逆計(jì)數(shù)器0方波90方波加計(jì)數(shù)脈沖零位信號(hào)

24、實(shí)測(cè)位移速度給定實(shí)測(cè)速度鎖零信號(hào)電動(dòng)機(jī)電流給定實(shí)測(cè)電流位移傳感器信號(hào)測(cè)量信號(hào)形成電路電樞電流電樞電流去直流穩(wěn)壓電源熱保護(hù)溫度測(cè)試3相/50Hz/380V3相/50Hz/12V3相/50Hz/380V位置指令減計(jì)數(shù)脈沖細(xì)分辨向電路10.3.3 細(xì)分辨向電路4810.3.3 細(xì)分辨向電路10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例DG7&DG5DG10R1&1&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6AABBBBBAAAA1BBBAAAABBB1加法計(jì)數(shù)脈沖減法計(jì)數(shù)脈沖0方波信號(hào)90方波信號(hào)9/16/202210.3.4 位置比較與速度給定單元10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路

25、實(shí)例保護(hù)電路速度調(diào)節(jié)電路電網(wǎng)電源電路電動(dòng)機(jī)電流 測(cè)試電路電流調(diào)節(jié)電路功率驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器可逆計(jì)數(shù)器0方波90方波加計(jì)數(shù)脈沖零位信號(hào)實(shí)測(cè)位移速度給定實(shí)測(cè)速度鎖零信號(hào)電動(dòng)機(jī)電流給定實(shí)測(cè)電流位移傳感器信號(hào)測(cè)量信號(hào)形成電路電樞電流電樞電流去直流穩(wěn)壓電源熱保護(hù)溫度測(cè)試3相/50Hz/380V3相/50Hz/12V3相/50Hz/380V位置指令減計(jì)數(shù)脈沖細(xì)分辨向電路 位置比較與速度給定單元5010.3.4 位置比較與速度給定單元10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例 遠(yuǎn)離目標(biāo)位置時(shí)需要快速運(yùn)動(dòng)； 接近目標(biāo)位置時(shí)需要慢速運(yùn)動(dòng)； 到達(dá)目標(biāo)后需要停止運(yùn)動(dòng)； 切削運(yùn)動(dòng)與非切削運(yùn)動(dòng)速度完全不同； 精加工與粗加工切

26、削運(yùn)動(dòng)速度不同； 切削運(yùn)動(dòng)速度還與材料等有關(guān)； 這一部分工作常以軟件為主完成。9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.4 位置比較與速度給定單元 目標(biāo)位置常是階段目標(biāo)； 在多軸聯(lián)動(dòng)的情況下，目標(biāo)位置常取決于另一軸 位置，在聯(lián)動(dòng)軸中包含回轉(zhuǎn)軸時(shí)，回轉(zhuǎn)軸常是 主導(dǎo)軸； 聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)兩軸運(yùn)動(dòng)間存在線性關(guān)系占相當(dāng)比例， 如螺旋線加工、漸開(kāi)線齒輪加工； 曲面加工時(shí)兩軸運(yùn)動(dòng)之間存在非線性關(guān)系； 有時(shí)要求三個(gè)以上的軸聯(lián)動(dòng)，如螺旋齒輪加工，需 要分別確定各個(gè)軸與主導(dǎo)軸間傳動(dòng)關(guān)系。9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.4 位置比較與速度給定單元 由于慣性、切削力、摩擦等作

27、用很難通過(guò)設(shè)定就保 證機(jī)床刀具相對(duì)于工件按理想軌跡運(yùn)動(dòng)； 需要不斷對(duì)軌跡進(jìn)行修正，將工件形狀誤差限制在 許可范圍內(nèi)，這種通過(guò)對(duì)軌跡進(jìn)行修正使得刀具相 對(duì)于工件按接近理想軌跡運(yùn)動(dòng)的方法稱為插補(bǔ)； 按直線運(yùn)動(dòng)和按線性傳動(dòng)關(guān)系運(yùn)動(dòng)最為常見(jiàn)，這種 插補(bǔ)稱為直線插補(bǔ)，另一種采用插補(bǔ)為圓弧插補(bǔ)； 對(duì)于其它傳動(dòng)關(guān)系的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，常分段進(jìn)行直線或 圓弧插補(bǔ)。 9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.4 位置比較與速度給定單元(一）直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)時(shí)，通常將坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在直線起點(diǎn)上。對(duì)于第一象限直線OA，其方程可表示為 X/Y-Xe/Ye0 偏差函數(shù) FiYiXe-XiYe若Fi0，表示加工點(diǎn)位

28、于直線上；若Fi0，表示加工點(diǎn)位于直線上方；若Fi0，表示加工點(diǎn)位于直線下方。 X Y O 9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.4 位置比較與速度給定單元(一）直線插補(bǔ)若Fi0，規(guī)定在+X方向走一步 若Fi0，規(guī)定+Y方向走一步 步長(zhǎng)由允許的加工誤差確定 A 9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.4 位置比較與速度給定單元(二）圓弧插補(bǔ)偏差函數(shù)若Fi0，表示加工點(diǎn)位于圓上；若Fi0，表示加工點(diǎn)位于圓外；若Fi0，表示加工點(diǎn)位于圓內(nèi)。9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.4 位置比較與速度給定單元1）逆圓插補(bǔ) 若Fi0，規(guī)定-X

29、方向走一步若Fi0，規(guī)定+Y方向走一步(二）圓弧插補(bǔ)011223344YX9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.4 位置比較與速度給定單元(二）圓弧插補(bǔ)2）順圓插補(bǔ) 若Fi0，規(guī)定-Y方向走一步若Fi0，規(guī)定+X方向走一步011223344YX9/16/2022速度反饋信號(hào)的形成 計(jì)數(shù)脈沖的頻率表示運(yùn)動(dòng)速度，但是進(jìn)入速度調(diào)節(jié)電路的速度反饋信號(hào)需要電壓信號(hào)uSF 。uSF的幅值由脈沖頻率決定，極性由脈沖的極性決定。10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.4 位置比較與速度給定單元頻率電壓變換電路加法計(jì)數(shù)脈沖uSF減法計(jì)數(shù)脈沖SRQ 19/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床

30、控制電路實(shí)例10.3.5 速度調(diào)節(jié)電路保護(hù)電路電網(wǎng)電源電路電動(dòng)機(jī)電流 測(cè)試電路電流調(diào)節(jié)電路功率驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器可逆計(jì)數(shù)器0方波90方波加計(jì)數(shù)脈沖零位信號(hào)實(shí)測(cè)位移速度給定實(shí)測(cè)速度鎖零信號(hào)電動(dòng)機(jī)電流給定實(shí)測(cè)電流位移傳感器信號(hào)測(cè)量信號(hào)形成電路電樞電流電樞電流去直流穩(wěn)壓電源熱保護(hù)溫度測(cè)試3相/50Hz/380V3相/50Hz/12V3相/50Hz/380V位置指令減計(jì)數(shù)脈沖細(xì)分辨向電路 位置比較與速度給定單元速度調(diào)節(jié)電路uiRLkuSFuSR6010.3.5 速度調(diào)節(jié)電路10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例-+N1-+N2-+N3-+N4uSFuiRuSRR1R2RPVS-12V+12VV2鎖零信號(hào)

31、信號(hào)調(diào)理V1電流給定速度給定實(shí)測(cè)速度Lk9/16/2022 位置比較單元的輸出的速度控制指令電壓uSR，經(jīng)N1集成運(yùn)放所構(gòu)成的反相放大器進(jìn)行反相和阻抗匹配后加于N2的反相輸入端。來(lái)自測(cè)速裝置的信號(hào)uSF經(jīng)阻容濾波與微分處理后也加于N2的反相輸入端。測(cè)速反饋信號(hào)經(jīng)微分處理后，可以獲得轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的效果，減少轉(zhuǎn)速超調(diào)量。引入速度微分負(fù)反饋時(shí)，必須對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行濾波，以免引進(jìn)新的干擾。N2運(yùn)放及其外圍元件構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器 。 N2的輸出uiR和uSF與uSR之差成正比，它作為電流調(diào)節(jié)器的電流給定，改變通過(guò)電動(dòng)機(jī)電樞的電流，使uSF接近uSR。10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.5 速度調(diào)節(jié)電路

32、9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例 電路引入調(diào)節(jié)器增益速度自適應(yīng)控制。N2的反饋量由電阻R1、可變電阻RP、R2的值決定。 V2的控制柵極受N4組成的轉(zhuǎn)速絕對(duì)值電路控制。高速時(shí)場(chǎng)效應(yīng)晶體管V2截止，R1、RP斷路，N2的反饋量最大，故調(diào)節(jié)器增益最小；低速時(shí)V2工作于放大器狀態(tài)時(shí)，根據(jù)其工作點(diǎn)，可以不同程度地改變其等效電阻，使R2、RP接入不同的電阻，并通過(guò)V2接地，從而不同程度地減小了N2的反饋量，使調(diào)節(jié)器增益加大。 10.3.5 速度調(diào)節(jié)電路9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.5 速度調(diào)節(jié)電路-+N1-+N2-+N3-+N4uSFuiRuSRR1R2R

33、PVS-12V+12VV2鎖零信號(hào)LK濾波與微分V1電流給定速度給定實(shí)測(cè)速度9/16/2022 N2輸入端兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管的作用是將輸入信號(hào)限幅，以保護(hù)集成運(yùn)放N2，而輸出端與地之間所接雙向穩(wěn)壓管VS的作用是將輸出電壓uiR正負(fù)限幅。 當(dāng)給定速度uSR為零時(shí)，為防止速度控制電路漂移引起的電動(dòng)機(jī)微動(dòng)，發(fā)出鎖零信號(hào)Lk使V1導(dǎo)通， N2的輸出信號(hào)UiR被鉗到鎖零信號(hào)LK的電位，以避免電動(dòng)機(jī)爬行。 10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.5 速度調(diào)節(jié)電路9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.6 電流測(cè)試電路保護(hù)電路電網(wǎng)電源電路電流調(diào)節(jié)電路功率驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器可逆計(jì)數(shù)

34、器0方波90方波加計(jì)數(shù)脈沖零位信號(hào)實(shí)測(cè)位移速度給定實(shí)測(cè)速度鎖零信號(hào)電動(dòng)機(jī)電流給定實(shí)測(cè)電流位移傳感器信號(hào)測(cè)量信號(hào)形成電路電樞電流電樞電流去直流穩(wěn)壓電源熱保護(hù)溫度測(cè)試3相/50Hz/380V3相/50Hz/12V3相/50Hz/380V位置指令減計(jì)數(shù)脈沖細(xì)分辨向電路 位置比較與速度給定單元速度調(diào)節(jié)電路電動(dòng)機(jī)電流 測(cè)試電路uiF66L2L1R1R2ML4L3V26V23V24V22V25V11V13V16V15V12C-R1C-R2V14V2110. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.6 電流測(cè)試電路功率驅(qū)動(dòng)電路由串接在電動(dòng)機(jī)電樞回路中的電阻上取出反映電樞電流的信號(hào)C-R1和C-R2分別送到兩個(gè)結(jié)構(gòu)

35、相同的電流測(cè)試電路。6710. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.6 電流測(cè)試電路-+N2-+N1C-R1+12V電動(dòng)機(jī)電流測(cè)試VLC1uiF68經(jīng)過(guò)放大、濾波后作為電流反饋信號(hào)uiR送入電流調(diào)節(jié)電路。由于電動(dòng)機(jī)電樞為高壓電路，而后級(jí)電流調(diào)節(jié)電路為低壓電路，采用了隔離放大器。10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.6 電流測(cè)試電路6910. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.7 電流調(diào)節(jié)電路保護(hù)電路電網(wǎng)電源電路功率驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器可逆計(jì)數(shù)器0方波90方波加計(jì)數(shù)脈沖零位信號(hào)實(shí)測(cè)位移速度給定實(shí)測(cè)速度鎖零信號(hào)電動(dòng)機(jī)電流給定實(shí)測(cè)電流位移傳感器信號(hào)測(cè)量信號(hào)形成電路電樞電流電樞電流去直流穩(wěn)壓電源熱

36、保護(hù)溫度測(cè)試3相/50Hz/380V3相/50Hz/12V3相/50Hz/380V位置指令減計(jì)數(shù)脈沖細(xì)分辨向電路 位置比較與速度給定單元速度調(diào)節(jié)電路電動(dòng)機(jī)電流 測(cè)試電路電流調(diào)節(jié)電路uiRuiF1 ,uiF2uio1 ,uio27010.3.7 電流調(diào)節(jié)電路10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例-+N2-+N4-+N3-+N5-+N1-12V-12V-12V電流給定電流反饋+電流反饋-uI01uI02uiRuiF1uiF2R1R3R2RPVD1VD29/16/2022 電流調(diào)節(jié)器(Automatic Current Regulator，ACR)包括兩組電流調(diào)節(jié)電路。 N2和N4構(gòu)成正組的ACR；N3和

37、N5構(gòu)成反組的ACR。它們分別將電動(dòng)機(jī)的正組和反組驅(qū)動(dòng)電流uiF1、uiF2與來(lái)自速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號(hào)uiR相比較，輸出控制正組觸發(fā)電路和反組觸發(fā)電路的控制信號(hào)uIo1和uIo2。為極性的匹配，在反組ACR前接入了反相器N1。10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.7 電流調(diào)節(jié)電路9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.7 電流調(diào)節(jié)電路 來(lái)自正組和反組的電流反饋信號(hào)uiF1、uiF2經(jīng)電流微分環(huán)節(jié)送入正組和反組的ACR。兩路電流調(diào)節(jié)器有輸入正負(fù)限幅，輸出信號(hào)送到由N4、N5構(gòu)成的具有正負(fù)限幅的PI調(diào)節(jié)器。 VD1和VD2的作用是保證uIo1和uIo2具有確定的極性。

38、7310. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.8 觸發(fā)脈沖發(fā)生器保護(hù)電路電網(wǎng)電源電路功率驅(qū)動(dòng)電路可逆計(jì)數(shù)器0方波90方波加計(jì)數(shù)脈沖零位信號(hào)實(shí)測(cè)位移速度給定實(shí)測(cè)速度鎖零信號(hào)電動(dòng)機(jī)電流給定實(shí)測(cè)電流位移傳感器信號(hào)測(cè)量信號(hào)形成電路電樞電流電樞電流去直流穩(wěn)壓電源熱保護(hù)溫度測(cè)試3相/50Hz/380V3相/50Hz/12V3相/50Hz/380V位置指令減計(jì)數(shù)脈沖細(xì)分辨向電路 位置比較與速度給定單元速度調(diào)節(jié)電路電動(dòng)機(jī)電流 測(cè)試電路電流調(diào)節(jié)電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器uio1 ,uio27410. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.8 觸發(fā)脈沖發(fā)生器16TCA-78059914151110+12V+12V20kHz+

39、12VuIo150Hzu1u1tU1tU1U2U2tV2V1VD1VD3VD2VD49/16/2022 觸發(fā)脈沖發(fā)生器包括6個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的單元電路，正組和反組的每一相需要一個(gè)單元電路。來(lái)自電流調(diào)節(jié)器的觸發(fā)控制電壓uIo1或uIo2，幅值為010V，從引腳11接入。與供電電網(wǎng)50Hz交變頻率同步的電壓信號(hào)加在TCA-780的引腳5，在集成組件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)鋸齒波信號(hào)，鋸齒波的斜率由引腳9、10間的電阻、電容參數(shù)決定，可通過(guò)R進(jìn)行調(diào)整，其峰值為10V，波形可在引腳10的接點(diǎn)用示波器觀察。由于鋸齒波是線性上升的信號(hào)，故能保證觸發(fā)控制角與觸發(fā)控制電壓uIo1或uIo2的線性控制關(guān)系。 10. 3 數(shù)控機(jī)

40、床控制電路實(shí)例10.3.8 觸發(fā)脈沖發(fā)生器9/16/2022 晶體管V1、V2是脈沖功率放大管。為提高脈沖變壓器工作效率，經(jīng)二極管VD3、VD4引入20kHz的高頻振蕩信號(hào)，放大后的觸發(fā)脈沖為頻率為20kHz的系列脈沖，觸發(fā)相位角由觸發(fā)控制電壓uIo1或uIo2決定，觸發(fā)脈沖經(jīng)脈沖變壓器送到晶閘管組的觸發(fā)極和陰極之間，使相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通。 由于電壓6組觸發(fā)電路，在5端引入的電壓相位不同，它們產(chǎn)生的鋸齒波相位也不同。雖然正反組的3路觸發(fā)電路的uIo1或uIo2相同，但是產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖相位不同。10.3.8 觸發(fā)脈沖發(fā)生器10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電

41、路實(shí)例10.3.9 功率驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路電網(wǎng)電源電路可逆計(jì)數(shù)器0方波90方波加計(jì)數(shù)脈沖零位信號(hào)實(shí)測(cè)位移速度給定實(shí)測(cè)速度鎖零信號(hào)電動(dòng)機(jī)電流給定實(shí)測(cè)電流位移傳感器信號(hào)測(cè)量信號(hào)形成電路電樞電流電樞電流去直流穩(wěn)壓電源熱保護(hù)溫度測(cè)試3相/50Hz/380V3相/50Hz/12V3相/50Hz/380V位置指令減計(jì)數(shù)脈沖細(xì)分辨向電路 位置比較與速度給定單元速度調(diào)節(jié)電路電動(dòng)機(jī)電流 測(cè)試電路電流調(diào)節(jié)電路觸發(fā)脈沖發(fā)生器功率驅(qū)動(dòng)電路7810.3.9 功率驅(qū)動(dòng)電路10. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例L2L1R1R2ML4L3V26V23V24V22V25V11V13V16V15V12C-R1C-R2V14V21 三相全控橋式反并聯(lián)電路。共用12只晶閘管，“正組”V11V16在正轉(zhuǎn)時(shí)工作，“反組”V21V26在反轉(zhuǎn)時(shí)工作。晶閘管導(dǎo)通時(shí)間由觸發(fā)相位角，從而由觸發(fā)控制電壓uIo1或uIo2決定。 每一時(shí)刻正組或反組接到不同相的晶閘管導(dǎo)通，各相交替工作。9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.9 功率驅(qū)動(dòng)電路L2L1R1R2ML4L3V26V23V24V22V25V11V13V16V15V12C-R1C-R2V14V21 由R1、R2取出與流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的電流成正比的信號(hào)，送到電流調(diào)節(jié)電路。9/16/202210. 3 數(shù)控機(jī)床控制電路實(shí)例10.3.10 電網(wǎng)電源輸入電路保護(hù)電路可