數(shù)控機(jī)床機(jī)電匹配性能測試平臺軟件設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書樣本

1前言數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)由伺服電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件構(gòu)成。它作用是：接受由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)給位移和速度指令信號，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作一定轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置(直流、交流伺服電機(jī)、直流電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液伺服閥—液壓馬達(dá)等)相機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺、主軸頭架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和迅速運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)與普通機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)上差別，它能依照指令信號精準(zhǔn)地控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)速度與位置，以及幾種執(zhí)行部件按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)所合成運(yùn)動(dòng)軌跡。發(fā)展高性能數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，在很大限度上決定了機(jī)床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)性能取決于構(gòu)成它伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中各環(huán)節(jié)特性，也取決于系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)性能參數(shù)合理匹配。以伺服驅(qū)動(dòng)裝置與控制調(diào)節(jié)器為中心伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已有較成熟理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)辦法。圖1.1數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)在CNKI中所受關(guān)注度（來源于CNKI學(xué)術(shù)趨勢）由圖1.1可以看出，數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)研究，近年來也逐漸受到諸多學(xué)者注重，她們也進(jìn)行了不少工作，并獲得了一定得進(jìn)步。這些進(jìn)步均有效地增進(jìn)了進(jìn)給伺服系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，進(jìn)給系統(tǒng)功能也隨之得到了巨大提高。但是，若只有單軸進(jìn)給系統(tǒng)精度等各方面性能優(yōu)越是不夠，在雙軸或多軸系統(tǒng)中，它們各自不一定可以完全發(fā)揮各自優(yōu)越性，這樣就會導(dǎo)致嚴(yán)重資源揮霍，不利于實(shí)際生產(chǎn)。只有在各個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)之間參數(shù)密切配合才可以將每個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)性能發(fā)揮到極致，這樣就有效地提高了資源運(yùn)用率，對實(shí)際生產(chǎn)才有益。因而，進(jìn)一步研究數(shù)控機(jī)床中伺服系統(tǒng)特性以及探尋測試數(shù)控機(jī)床機(jī)電匹配辦法、途徑，并探討數(shù)控機(jī)床機(jī)電匹配作用、地位，并定性、定量地分析系統(tǒng)增益匹配對運(yùn)動(dòng)（加工）軌跡精度影響就顯得尤為重要。只有對的結(jié)識進(jìn)給系統(tǒng)特性以及進(jìn)給系統(tǒng)增益對輪廓加工精度影響，才可以采用有效辦法提高整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)整體性能，服務(wù)于整個(gè)數(shù)控行業(yè)。1.1數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)與普通機(jī)床不同。數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)給指令，經(jīng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行部件如刀架、工作臺、主軸箱等按程序規(guī)定運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，按其控制方式，可分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三類。開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)造簡樸，但是當(dāng)載荷突然發(fā)生激烈變化時(shí)，也許導(dǎo)致執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)誤差。閉環(huán)系統(tǒng)可以檢查指令執(zhí)行狀況并及時(shí)反饋誤差信息，因此精度較高。半閉環(huán)由于反饋裝置裝在伺服電機(jī)或絲杠上，不能糾正絲杠誤差以及受載后絲杠、軸承等變形，因此精度比全閉環(huán)低。在大多數(shù)精度規(guī)定較高機(jī)床上都采用全閉環(huán)控制。但執(zhí)行部件是一種質(zhì)量元件，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種彈性元件，因而執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成一種振蕩環(huán)節(jié)。全閉環(huán)系統(tǒng)如果參數(shù)選得不適當(dāng)，則有也許產(chǎn)生進(jìn)給振蕩。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)給位移和速度指令，通過轉(zhuǎn)換和功率放大后，作為伺服驅(qū)動(dòng)裝置輸入信號，并控制其作某一速度和距離角位移和直線位移，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)給定速度和位移量。伺服驅(qū)動(dòng)裝置性能，在很大限度上影響機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)品質(zhì)，因而，伺服驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)滿足如下規(guī)定。=1\*GB3①調(diào)速范疇寬:調(diào)速范疇是指最高進(jìn)給速度與最低進(jìn)給速度之比。在整個(gè)調(diào)速范疇內(nèi)，輸出運(yùn)動(dòng)要有良好穩(wěn)定性。普通調(diào)速范疇?wèi)?yīng)不不大于1：10000，并且低速應(yīng)當(dāng)可以達(dá)到0.1r／min如下。對于普通數(shù)控機(jī)床，其進(jìn)給速度都在1mm/min～24000mm/min范疇之內(nèi)，即調(diào)速范疇為：1：24000。在這一調(diào)速范疇內(nèi)，規(guī)定速度均勻、穩(wěn)定、低速時(shí)無爬行，還規(guī)定當(dāng)速度為0mm/min時(shí)，伺服電機(jī)處在電磁鎖住狀態(tài)，以保持定定位精度不變。=2\*GB3②位移精度高：即輸出位移有較高精度，也就是實(shí)際位移與指令位移量之差要小。當(dāng)代數(shù)控機(jī)床位移精度普通為0.01～0.001mm,甚至可以高至0.1μm。=3\*GB3③穩(wěn)定性好：即負(fù)載特性要硬，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化或承受外界干擾時(shí)，輸出速度應(yīng)基本不變，并且保持平穩(wěn)均勻。當(dāng)?shù)退龠\(yùn)動(dòng)相加工時(shí)，應(yīng)有足夠負(fù)載能力和過載能力。=4\*GB3④動(dòng)態(tài)響應(yīng)快：即有高敏捷度，達(dá)到最大穩(wěn)態(tài)速度時(shí)間要短，普通規(guī)定在200-100ms以內(nèi),有時(shí)甚至規(guī)定不大于幾十毫秒。動(dòng)態(tài)響應(yīng)快慢，反映了系統(tǒng)跟蹤精度高低，直接影響了輪廓精度高低和加工表面質(zhì)量好壞。出此之外，還規(guī)定靜態(tài)、動(dòng)態(tài)誤差小，反向死區(qū)小，能頻繁啟、停和正反運(yùn)動(dòng)。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，筆者將完畢如下設(shè)計(jì)任務(wù)：①建立數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，分析數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)特性；②以數(shù)控直線加工狀況為基本，定性分析數(shù)控機(jī)床中進(jìn)給增益匹配作用；③定量分析數(shù)控機(jī)床中進(jìn)給系統(tǒng)增益匹配對運(yùn)動(dòng)（加工）軌跡精度影響；④開發(fā)出基于PC分析測試軟件，規(guī)定該軟件具備數(shù)據(jù)采集、誤差分析、數(shù)據(jù)瀏覽、圖形顯示、成果分析等功能；⑤撰寫符合有關(guān)規(guī)定軟件設(shè)計(jì)闡明書、使用闡明書和測試分析報(bào)告；⑥撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)闡明書。1.3總體方案本次設(shè)計(jì)總體方案由理論分析某些和軟件測試某些構(gòu)成，總體方案圖如下圖1.1所示：圖1.2總設(shè)計(jì)方案圖如圖1.2所示，由理論分析某些和軟件設(shè)計(jì)某些構(gòu)成，筆者將在2章簡介理論某些，在3、4、5章將對軟件某些進(jìn)行簡介?？偡桨笇?shí)現(xiàn)思路如下：理論某些系統(tǒng)建模是特性分析基本，筆者將選用慣用進(jìn)給系統(tǒng)構(gòu)造進(jìn)行建模，然后對其進(jìn)行傳遞函數(shù)推動(dòng)，從而進(jìn)行特性分析，最后通過定性和定量兩個(gè)方面就進(jìn)給系統(tǒng)參數(shù)匹配對輪廓加工精度影響進(jìn)行分析。鑒于理論分析成果，為了提高其實(shí)際使用價(jià)值，并充分運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)過程中，筆者將在WindowsXP系統(tǒng)下基于VC++開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)一套系統(tǒng)進(jìn)給增益匹配測試軟件，最后運(yùn)用PC機(jī)接口電路采集位移數(shù)據(jù)對該軟件進(jìn)行檢測，從而見證測試軟件實(shí)用性?？偡桨冈敿?xì)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)請參看有關(guān)章節(jié)。

2數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)2.1數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)構(gòu)造原理2.1.1數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)構(gòu)造圖2.1為采用全閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)構(gòu)造圖，當(dāng)前大某些高速機(jī)床都采用與此類似控制構(gòu)造。感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器位置檢測單元測速發(fā)電機(jī)交流伺服電機(jī)位置控制單元速度控制單元圖2.1數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)構(gòu)造圖此種閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)采用感應(yīng)同步器作為位置檢測裝置，涉及位置控制單元、位置檢測單元和速度控制單元等某些。位置檢測單元測得執(zhí)行部件實(shí)際位置，位置控制單元將位置指令與差值乘以增益常數(shù)，經(jīng)變換后，得到速度指令電壓。將與測速發(fā)電機(jī)反饋電壓差值通過速度控制器乘以增益常數(shù)，得到伺服電機(jī)電樞電壓，它控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度。指令位置與實(shí)際位置相等時(shí)，也就是位置偏差值為0時(shí)，與均為0，系統(tǒng)停止工作，執(zhí)行部件到達(dá)指令所規(guī)定位置。因此整個(gè)系統(tǒng)在偏差不為0時(shí)，始終處在不斷凋整階段，因而，增益系數(shù)在整個(gè)進(jìn)給過程中,對系統(tǒng)迅速到達(dá)指定位置起著至關(guān)重要作用。本文將會針對進(jìn)給系統(tǒng)增益系數(shù)匹配對加工精度影響做進(jìn)一步進(jìn)一步分析，那么，一方面讓咱們理解一下位置誤差物理概念以及位置誤差是如何產(chǎn)生。2.1.2位置誤差深刻理解位置誤差物理概念對數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)性能分析至關(guān)重要，不妨假設(shè)系統(tǒng)獲得一種恒速指令信號，下面就針對恒速進(jìn)給時(shí)位置誤差進(jìn)行分析。如圖2.2(a)所示，當(dāng)進(jìn)給系統(tǒng)獲得恒速F進(jìn)給位置指令時(shí)，執(zhí)行部件實(shí)際速度并不能及時(shí)達(dá)到指令速度值F，而是從零逐漸上升到F值，后來就穩(wěn)定在此速度值上運(yùn)營。在時(shí)，位置指令到達(dá)指令值，指令速度下降至零，但是執(zhí)行部件實(shí)際速度只能逐漸下降到零。將指令位移量，按脈沖當(dāng)置換算成數(shù)字量，則以恒速F進(jìn)給指令位置數(shù)字量值將按如圖2.2(b)所示指令位置直線（直線OP）變化，由零時(shí)刻零位置到達(dá)時(shí)刻位置。由于實(shí)際速度是逐漸上升至F值，因此按同一脈沖當(dāng)量換算成數(shù)字量實(shí)際位置值將按另一條曲線變化，實(shí)際位置總是滯后于指令位置。時(shí)刻瞬時(shí)位置指令值與瞬時(shí)實(shí)際位置值之間差值，稱為該時(shí)刻位置偏差。它由執(zhí)行部件升速啟動(dòng)時(shí)零值逐漸增大到某一穩(wěn)態(tài)值，這一穩(wěn)態(tài)值就是所謂速度誤差或隨動(dòng)誤差，當(dāng)執(zhí)行部件減速并停止時(shí)，它由穩(wěn)態(tài)值逐漸減小到零。(b)(a)結(jié)束圖2.2位置誤差運(yùn)用再乘上，并加上位置誤差補(bǔ)償，可得速度指令值，再變換為速度指令電壓?？梢娫酱?，則就越大，伺服電機(jī)速度就越高。并且控制啟動(dòng)與停止時(shí)位置指令值大小，從而控制變化大小，就可以控制升降速快慢，即升降速時(shí)間長短。普通而言，按照等差數(shù)列或指數(shù)曲線規(guī)律變化，可獲得直線或指數(shù)規(guī)律升降速。2.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，總是接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出位置與速度指令。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件在一定切削參數(shù)下進(jìn)行加工。從控制系統(tǒng)角度來看，位置指令是系統(tǒng)一種輸入；與切削或使用條件關(guān)于負(fù)載可以說是系統(tǒng)干擾輸入。執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置(角位移或直線位移)是系統(tǒng)輸出。進(jìn)給系統(tǒng)特性重要是系統(tǒng)靜態(tài)特性，以及在指令與負(fù)載作用下動(dòng)態(tài)特件。然而，咱們在設(shè)計(jì)與分析進(jìn)給系統(tǒng)特性時(shí)，重要分析它動(dòng)態(tài)特性。從加工精度和加工能力方面來考慮，動(dòng)態(tài)特性重要有兩個(gè)方面：與輸入指令關(guān)于特性，即執(zhí)行部件跟隨位置指令特性，這就是執(zhí)行部件定位精度或直線與輪廓進(jìn)給精度；此外，執(zhí)行部件由于切削力等因素將產(chǎn)生靜態(tài)或動(dòng)態(tài)變位，因而減少了加工精度甚至產(chǎn)生系統(tǒng)震蕩。除此以外，還規(guī)定系統(tǒng)必要是穩(wěn)定。從指令信號、給定裝置到伺服驅(qū)動(dòng)裝置，為構(gòu)成進(jìn)給系統(tǒng)重要構(gòu)成某些，稱之為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。另一某些是伺服驅(qū)動(dòng)裝置后來機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。進(jìn)給系統(tǒng)可以概括成如圖2.3所示構(gòu)造。在設(shè)計(jì)和分析進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)，既要設(shè)計(jì)這兩個(gè)某些并分析各自特性，還規(guī)定這兩某些合理匹配，從整體上綜合系統(tǒng)特性。輸出輸出伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸入檢測裝置圖2.3進(jìn)給系統(tǒng)構(gòu)造圖下面將以圖2.3中所示閉環(huán)系統(tǒng)為例，簡要論述動(dòng)態(tài)特性方面問題。2.2.1伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型圖2.1所示為采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)全閉環(huán)控制進(jìn)給伺服系統(tǒng)構(gòu)造圖。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由位置控制器與速度控制器構(gòu)成。位置指令與實(shí)際位置反饋值之差＝-，經(jīng)數(shù)模變換與放大后，變?yōu)樗俣戎噶铍妷?，位置控制單元作用是一種比例放大環(huán)節(jié)，它傳遞函數(shù)為常數(shù)，因而有(2.1)速度指令電壓與測速發(fā)電機(jī)速度反饋信號之差值為速度誤差信號，經(jīng)速度控制單元變換放大后，獲得直流伺服電機(jī)電樞控制電壓，速度控制單元同樣是一種比例放大環(huán)節(jié)，比例系數(shù)即為傳遞函數(shù)，它們關(guān)系式為：(2.2)式中:——直流伺服電機(jī)角位移；——速度反饋環(huán)增益系數(shù)。此處，位置控制器與速度控制器都是采用比例控制，這是現(xiàn)今實(shí)際使用大多數(shù)進(jìn)給伺服系統(tǒng)所采用控制方略。在這兩個(gè)控制器中，可以采用PI控制器、PID控制器，甚至其她控制方案，固然其傳遞函數(shù)也要發(fā)生變化。2.2.2機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型以伺服電機(jī)角位移作為機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸入，以執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)作為輸出，所設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是各種各樣。但是采用大慣量直流伺服電機(jī)時(shí)，可以將電機(jī)通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠直接相連，如圖2.4(a)所示。如果由于構(gòu)造因素，或者規(guī)定放大力矩時(shí)，可以通過一對降速齒輪或齒鏈傳動(dòng)將電機(jī)與滾珠絲杠連接起來，如圖(b)所示。含齒輪構(gòu)造x含齒輪構(gòu)造xoFcFcrmJ2，Z2M，J，θM

θMJ1，Z1JS=2\*ROMANII=1\*ROMANI不含齒輪構(gòu)造xoFcFcrmJc，JsM，J，θM

θM圖2.4進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖由于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某些不是本文討論重點(diǎn)，因此筆者略去對于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中各種參數(shù)（如轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、剛度等）等效折算。有了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等效動(dòng)力學(xué)模型,便可推導(dǎo)出系統(tǒng)動(dòng)特性方程和傳遞函數(shù)。對于圖2.4(a)所示動(dòng)力學(xué)模型，其轉(zhuǎn)矩平衡方程為:彈性變形方程為：對以上兩式進(jìn)行拉氏變換得整頓后可得如果覺得系統(tǒng)輸出，為輸入，為擾動(dòng)輸入，則=0情況下，與之間傳遞函數(shù)為：令固有頻率,阻尼比,則上式可以變成原則形式如下：由上式可以看出，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是一種固有頻率為，阻尼比為二階系統(tǒng)，其構(gòu)造框圖如圖2.5所示。圖2.5進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)造圖依照圖2.5和原則形式傳遞函數(shù)可以看出，此機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)為二階振蕩環(huán)節(jié)。在推導(dǎo)機(jī)械傳動(dòng)部件傳遞函數(shù)過程中，不但要得出等效慣量和等效阻尼，并且要考慮等效剛度，這是由于慣性和剛度直接決定機(jī)械部件固有頻率，該固有頻率關(guān)系到整個(gè)伺服機(jī)構(gòu)剛性和工作穩(wěn)定性。阻尼特性則和系統(tǒng)定位精度、工作穩(wěn)定性關(guān)于。若將機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡化為如圖2.4(b)所示構(gòu)造，得到傳遞函數(shù)將會是是如何呢？筆者推導(dǎo)其傳遞函數(shù)如下：由圖2.1可知，電機(jī)軸上負(fù)載有二：其一是慣性負(fù)載(2.3)式中，,即電機(jī)軸與絲桿之間連接件與傳動(dòng)件折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與絲桿折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和。其二是傳動(dòng)彈簧變形力折算到電機(jī)軸上等效轉(zhuǎn)矩。(2.4)式中，——執(zhí)行部件直線位移（輸出量）；——電機(jī)對執(zhí)行部件輸入位移。系統(tǒng)動(dòng)力平衡方程為(2.5)式中，——執(zhí)行部件質(zhì)量；——導(dǎo)軌副上粘性阻尼性系數(shù)；——外載荷，且。彈性變形力就是執(zhí)行部件驅(qū)動(dòng)力(2.6)對以上兩式進(jìn)行拉氏變換，并整頓后得(2.7)以為系統(tǒng)輸出，為系統(tǒng)輸入，不考慮外力時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：(2.8)可見，是一種二階系統(tǒng)，固有頻率為：阻尼比為：其構(gòu)造框圖如圖2.6所示。圖2.6進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)造框圖綜上所述，無論選取圖2.4所示兩種構(gòu)造中任意一種,通過推導(dǎo)均可得一種二階系統(tǒng)，雖然固有頻率和阻尼比會有一定差別，但是構(gòu)造框圖完全相識。2.2.3數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型前面已經(jīng)對位置控制、速度控制以及機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析。如果分析機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，采用2.4（b）所示模型，這樣將幾某些綜合起來，就可以得到整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型以及傳遞函數(shù)。下面對如圖2.1所示閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行分析。系統(tǒng)采用直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J，電磁轉(zhuǎn)矩為M，電機(jī)力矩平衡方程式應(yīng)為：(2.9)式中：——電樞阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；——電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩,且。電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，故有由電壓平衡方程及可以求得：在上式子中，可以略去及兩項(xiàng)，并去拉氏變換后得：上式子中不考慮電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則覺得輸入，為輸出時(shí)，電機(jī)傳遞函數(shù)為：(2.10)上式也可以改寫為如下形式：(2.11)式中：——電機(jī)增益系數(shù)，；——電機(jī)機(jī)械時(shí)間常數(shù)，；——電機(jī)電氣時(shí)間常數(shù)，。綜合前面推導(dǎo)式(2.1)、式（2.2）、式（2.4）、式（2.6）、式（2.11）以及機(jī)械某些傳遞函數(shù)式（2.7），再結(jié)合到,可以繪制出整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)構(gòu)造框圖，如圖2.7所示圖2.7進(jìn)給伺服系統(tǒng)構(gòu)造框圖圖2.7中，是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)外載荷，與作為負(fù)載力矩與慣性負(fù)載力矩反饋?zhàn)饔迷陔姌休斎攵?。對于閉環(huán)系統(tǒng)，位置控制環(huán)位置反饋信號就是執(zhí)行部件位置輸出信號；對于半閉環(huán)系統(tǒng)，位置反饋信號取自電機(jī)角位移信號。以構(gòu)成負(fù)反饋回路形成速度控制環(huán)．反饋信號從即取出，這就是速度負(fù)反饋。由圖2.7，可以求出系統(tǒng)對于干擾力閉環(huán)傳遞函數(shù)，以及對于位置指令閉外傳遞函數(shù)。系統(tǒng)輸出是位置指令響應(yīng)和干擾負(fù)載響應(yīng)之和。在所述系統(tǒng)中，外界負(fù)載有兩某些，一某些是切削力；另一某些是摩擦力。又分為兩某些：第一某些與速度成比例，即阻尼系數(shù)為粘性摩擦阻尼力，該阻尼力在執(zhí)行部件力平衡方程式(2.5)中考慮，第二某些是導(dǎo)軌之間固體摩擦力及傳動(dòng)件彼此之間固體摩擦扭矩（它可以換算為執(zhí)行部上軸向力為），即綜上所述，如圖2.7所示閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)，在位置指令和干擾負(fù)載作用下，全閉環(huán)位置輸出為：在半閉環(huán)時(shí)，位置輸出為：式中，上兩式系數(shù)為：2.2.4進(jìn)給伺服系統(tǒng)構(gòu)造簡化從圖2.7中還可以看出，所建立數(shù)控伺服系統(tǒng)是一種高階系統(tǒng)，在將產(chǎn)品和系統(tǒng)調(diào)定參數(shù)代入后，可得到一種高階傳遞函數(shù)。對高階系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜，為便于分析，咱們需要對高階系統(tǒng)進(jìn)行解決，普通采用直接降階解決。如果忽視高階模型中對特性影響很小系數(shù)，直接降階得到一種二階系統(tǒng)，這樣本來高階系統(tǒng)就被簡化為一種二階系統(tǒng)。為了使得簡化過程更加嚴(yán)密，筆者引用了參照文獻(xiàn)[1]有關(guān)結(jié)論圖2.8降階先后X軸進(jìn)給系統(tǒng)BODE圖文章中，作者對X—Y雙軸數(shù)控工作臺系統(tǒng)進(jìn)行分析，對各某些進(jìn)行了建模，并依照數(shù)控工作臺系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和伺服精度進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。通過直接降階解決后，分別得到X、Y軸進(jìn)給系統(tǒng)表達(dá)式為：(2.12)(2.13)降階先后X軸方向進(jìn)給系統(tǒng)BODE圖對照如圖2.8所示。從圖2.8可以看出在所研究頻率范疇內(nèi)降階先后系統(tǒng)幅頻特性和相頻特性幾乎是相似。這表白兩者輸入輸出特性是一致，因而咱們所得到式(2.12)和式(2.13)降階數(shù)學(xué)模型是可以信賴，所選用降階辦法也是適當(dāng)。圖2.9進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡化構(gòu)造如圖2.7所示閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)，依照上述分析，在伺服驅(qū)動(dòng)某些，當(dāng)高次項(xiàng)系數(shù)與一次項(xiàng)系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)相比小得多時(shí)，可以將高次項(xiàng)忽視，將其從高階簡化為一階慣性環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，而在成果上主線就不會受到多大影響。同樣地，在機(jī)械傳動(dòng)某些，S2和S系數(shù)相對常數(shù)項(xiàng)而言都非常小，因而也可將其近似化簡為比例環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。同樣對其進(jìn)行恰當(dāng)簡化，本質(zhì)上可以把它當(dāng)作一種一階慣性系統(tǒng)，如圖2.9所示，系統(tǒng)可以更進(jìn)一步簡化成如圖2.10所示構(gòu)造。圖2.10進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡化構(gòu)造2.3進(jìn)給伺服系統(tǒng)特性分析在圖2.7中所示系統(tǒng)中，可得該系統(tǒng)增益為：(2.14)依照圖2.10所示，則系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：而系統(tǒng)閉環(huán)函數(shù)為：(2.15)由于，故跟隨誤差對輸入傳遞函數(shù)為：(2.16)則(2.17)如果系統(tǒng)執(zhí)行一種速度為F恒速位置指令，即(2.18)運(yùn)用終值定理有：(2.19)則(2.20)由上式可知，當(dāng)數(shù)控機(jī)床中進(jìn)給速度F為恒速運(yùn)動(dòng)時(shí)，跟隨誤差。由此可以看出，當(dāng)速度F一定期，系統(tǒng)增益越大，則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)位置誤差越小，即系統(tǒng)隨動(dòng)誤差小，也就是說跟隨精度高。但是，過大會使得系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，在一定系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)速度越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越大。綜上所述，對系統(tǒng)敏捷度、系統(tǒng)增益和系統(tǒng)跟隨精度這三個(gè)因素，在擬定其數(shù)值時(shí)，需要進(jìn)行多方面綜合考慮。2.4進(jìn)給伺服系統(tǒng)特性對加工精度影響數(shù)控經(jīng)給伺服系統(tǒng)特性直接影響工件加工精度，因而，分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)特性與加工精度之間關(guān)系就顯得尤為重要。在數(shù)控機(jī)床上兩軸聯(lián)動(dòng)加工直線、圓弧輪廓工件，或加工工件拐角部位時(shí)，數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)速度誤差特性和加速度誤差特性所引起加工誤差，可以作如下分析。在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，絲杠和螺母將電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成為執(zhí)行部件位移，這相稱于一種積分環(huán)節(jié)。依照前面分析，系統(tǒng)別的某些可以簡化成為一種增益是比例環(huán)節(jié)，因而，進(jìn)給系統(tǒng)可以簡化成圖2.10所示構(gòu)造。從控制系統(tǒng)分類角度來分析，這是一種I型系統(tǒng)。I型系統(tǒng)特點(diǎn)是它對于階躍位置指令輸入響應(yīng)不存在穩(wěn)態(tài)誤差；對于階躍速度指令輸入，即斜坡位置指令輸入，其響應(yīng)穩(wěn)態(tài)位置偏差為，也稱之為速度誤差，這是為了建立速度F所必須指令位置與實(shí)際位置之間誤差。由于在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，輸入不是階躍位置指令，而是斜坡位置指令，即為階躍速度位置指令，依照式(2.20)可知，系統(tǒng)必然存在位置偏差。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)速度與階躍指令速度相似，而實(shí)際位置總是滯后于指令位置，即有穩(wěn)態(tài)位置偏差，它是維持系統(tǒng)恒速運(yùn)動(dòng)必不可少。2.4.1速度誤差對單坐標(biāo)直線加工影響如圖2.2所示，當(dāng)指令位置已達(dá)到值即P點(diǎn)時(shí)，實(shí)際位置還滯后于指令位置，這時(shí)位置偏差，在數(shù)值上等于指令速度下穩(wěn)態(tài)位置偏差。系統(tǒng)此時(shí)運(yùn)營速度還是穩(wěn)態(tài)速度，即執(zhí)行部件速度還是穩(wěn)態(tài)速度。隨著執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)，實(shí)際位置在變化，因而，位置偏差不斷減小，保持對位置控制單元一種不斷減小正誤差信號，使執(zhí)行部件減速后平穩(wěn)地進(jìn)入定位點(diǎn)，直到實(shí)際位置與指令位置相等，位置偏差等于零為止。由此可知，速度誤差并不影響定位運(yùn)動(dòng)或直線加工時(shí)停止位置精確性，只是在時(shí)間上實(shí)際位置較指令位置有所滯后而已。2.4.2定性分析系統(tǒng)增益匹配對加工直線輪廓影響數(shù)控機(jī)床在加工過程中往往規(guī)定精準(zhǔn)地、實(shí)時(shí)地同步控制各種進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置與速度，但由于進(jìn)給伺服系統(tǒng)都不可避免地存在著跟隨誤差△D，該誤差將也許對多坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)合成軌跡精準(zhǔn)性產(chǎn)生影響。如圖2.11所示，假設(shè)被加工直線輪廓，其方程式為：(2.21)直線與X軸夾角為，有。如果沿直線加工速度為，則插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)，保持X、Y軸速度分別為圖2.11直線輪廓加工設(shè)X、Y軸進(jìn)給系統(tǒng)增益為、，則兩軸速度誤差分別為：由上式可得對不同和討論如下：=1\*GB2⑴當(dāng)兩軸增益匹配，即=1時(shí)，則,即(2.22)刀具指令位置A點(diǎn)坐標(biāo)為（x,y），實(shí)際位置A＇點(diǎn)坐標(biāo)為(，)，將式(2.21)與式(2.22)相應(yīng)項(xiàng)相減有：(2.23)由上式可知，刀具實(shí)際位置仍在直線輪廓上，只是較指令位置有一定滯后。在兩軸指令速度等于輪廓加工速度分量，并且兩軸進(jìn)給系統(tǒng)增益相等條件下，直線輪廓加工時(shí)，速度誤差不會引起加工誤差。=2\*GB2⑵當(dāng)兩軸增益不匹配，即時(shí)，此時(shí)速度誤差,因而，當(dāng)指令位置在OA上O點(diǎn)時(shí)，時(shí)間位置并不在直線OA上，而在離OA距離為另一點(diǎn)A＇。下面就點(diǎn)A＇在直線OA兩邊分別進(jìn)行討論：圖2.12直線輪廓加工=1\*GB3①當(dāng)點(diǎn)A＇在直線OA下面時(shí)，如圖2.12所示。由圖2.12，在兩個(gè)直角三角形中，依照幾何關(guān)系可得：=2\*GB3②當(dāng)A＇在直線OA此外一邊時(shí)，同理可得：綜上所述，誤差為：將兩軸速度誤差代入上式可得：(2.24)由式（2.24）可以看出，當(dāng)時(shí)，誤差，這與前面所述兩軸增益相等狀況完全吻合。當(dāng)兩軸增益不相等，即時(shí)，此時(shí)誤差為:此外，誤差不但與兩軸增益、關(guān)于，同步還與輪廓直線傾角關(guān)于，可得結(jié)論如下：=1\*romani.當(dāng)速度一定期，時(shí)，傾角越大，輪廓誤差越大；時(shí)，傾角越大，輪廓誤差越小。=2\*romanii.當(dāng)或時(shí)，即工作臺沿X或Y作單軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，輪廓誤差；=3\*romaniii．當(dāng)時(shí)，最大，且最大值為：。由此可見，當(dāng)速度和加工輪廓直線傾角都一定期，兩軸增益、就直接影響了加工精度。因而，兩軸增益、良好匹配就可以保障被加工工件精度和質(zhì)量。既然進(jìn)給系統(tǒng)增益匹配對保障輪廓加工精度如此重要，則有必要進(jìn)一步分析增益匹配對加工精度影響深度，筆者下面將定量地分析系統(tǒng)增益匹配對運(yùn)動(dòng)（加工）軌跡精度影響。2.4.3定量分析系統(tǒng)增益匹配對加工直線輪廓影響為了使得對輪廓誤差分析更加貼近實(shí)際工程分析，并以便讀者加深對輪廓誤差理解，筆者將式(2.24)變換為：(2.25)式中，平均系統(tǒng)增益為：；兩軸增益差為：；為系統(tǒng)增益失配量。在其他條件不變狀況下：

①輪廓誤差與兩軸增益差成正比，與平均系統(tǒng)增益平方成反比與進(jìn)給速度成F正比。

②當(dāng)加工45°直線時(shí)，輪廓誤差最大，。

③當(dāng)加工0°或90°直線時(shí)，這就相稱于單軸加工，輪廓誤差與增益無關(guān)。

為了更加進(jìn)一步分析該問題，筆者引入下面實(shí)際加工問題進(jìn)行定量分析分析系統(tǒng)增益匹配對運(yùn)動(dòng)（加工）軌跡精度影響。若在X-Y平面上銑削工件一種平面，該面與X軸成45°角，即，進(jìn)給速度為：F=300mm/min，為10±2%（1/s），可以計(jì)算出最大輪廓誤差。

依照公式（2.25）計(jì)算出最大輪廓誤差為：針對、不同狀況進(jìn)行分析如下：由上述理論分析有：于是，式中，為X軸方向?qū)嶋H穩(wěn)態(tài)速度，為Y軸方向?qū)嶋H穩(wěn)態(tài)速度。①當(dāng)兩軸增益、互相匹配，即==時(shí)，則==10，則兩軸增益差=0，于是有并且，于是，可以得到兩軸位移變化圖如圖2.13所示。YY軸X軸圖2.13X、Y軸位移變化圖此刻，圖2.13所相應(yīng)直線輪廓加工直線如圖2.14所示。圖2.14直線輪廓加工由圖2.13可以看出，X、Y軸位移變化圖中兩軸位移直線斜率相等，這與計(jì)算出兩軸實(shí)際穩(wěn)定速度相符。由圖2.14可以看出，當(dāng)兩軸增益、匹配時(shí)，△KS=0，ε=0，這闡明當(dāng)兩軸系統(tǒng)增益相等時(shí)，跟隨誤差、對輪廓精度無影響。刀具實(shí)際位置仍在直線輪廓上，只是較指令位置有一定滯后。在兩軸指令速度等于輪廓加工速度分量，且兩軸進(jìn)給系統(tǒng)增益相等條件下，直線輪廓加工時(shí)，速度誤差不會引起加工誤差。②當(dāng)兩軸進(jìn)給系統(tǒng)增益匹配，即時(shí)，可以分相對于偏大和相對于偏小兩種狀況進(jìn)行分析，不妨假設(shè)、均為常數(shù)。當(dāng)增益相對于增益偏大時(shí)，依照題意，不妨設(shè)，，則兩軸增益差為：于是有并且，于是，可以得到兩軸位移變化圖如圖2.15所示。XX軸Y軸圖2.15X、Y軸位移變化圖此刻，圖2.15所相應(yīng)直線輪廓加工直線如圖2.16所示。圖2.16直線輪廓加工由圖2.15可以看出，X、Y軸位移變化圖中X軸位移直線斜率比Y軸位移直線斜率大，這與計(jì)算出兩軸實(shí)際穩(wěn)定速度大小相符。由圖2.16可以看出，當(dāng)增益相對于增益偏大時(shí)，若增大，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡就越偏離理論軌跡，將會產(chǎn)生輪廓誤差，當(dāng)時(shí)，則，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡就越接近理論軌跡。若不考慮兩軸加速、減速階段，實(shí)際軌跡直線平行于理論軌跡直線，兩直線距離為輪廓誤差。③當(dāng)增益相對于增益偏小時(shí)，且、均為常數(shù)時(shí)，依照題意，不妨設(shè)，，則兩軸增益之差為：于是有并且，于是，可以得到兩軸位移變化圖如圖2.17所示。XX軸Y軸圖2.17X、Y軸位移變化圖此刻，圖2.17所相應(yīng)直線輪廓加工直線如圖2.18所示。圖2.18直線輪廓加工由圖2.17可以看出，X、Y軸位移變化圖中X軸位移直線斜率比Y軸位移直線斜率小，這與計(jì)算出兩軸實(shí)際穩(wěn)定速度大小相符。由圖2.18可以看出，當(dāng)增益相對于增益偏小時(shí)，若增大，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡就越偏離理論軌跡，將會產(chǎn)生輪廓誤差，當(dāng)時(shí)，則，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡就越接近理論軌跡。若不考慮兩軸加速、減速階段，實(shí)際軌跡直線平行于理論軌跡直線，兩直線距離為輪廓誤差。綜上所述，通過對工作臺雙軸伺服系統(tǒng)在直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)輪廓誤差分析，可知雙軸聯(lián)動(dòng)作直線進(jìn)給時(shí)，輪廓誤差產(chǎn)生源于雙軸系統(tǒng)開環(huán)增益不匹配性，單軸坐標(biāo)直線進(jìn)給時(shí)，沒有位置誤差，但運(yùn)動(dòng)存在滯后現(xiàn)象。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，零件輪廓形狀精度不但受機(jī)床定位精度、微量位移精度影響，并且更為重要是受機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)輪廓跟隨精度所影響。在輪廓加工過程中，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性會對輪廓誤差產(chǎn)生比較大影響。在直線加工時(shí)，若=，直線輪廓誤差為零，若增大，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡偏離理論軌跡，將會產(chǎn)生輪廓誤差。因而，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，各聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸系統(tǒng)增益普通均取相似數(shù)值，只有這樣才干保證零件輪廓加工精度。通過上述理論分析，為了提高理論分析成果實(shí)用性，并充分運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)過程之中，筆者下面將在WindowsXP系統(tǒng)下基于VC開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)一套測試數(shù)控機(jī)床增益匹配軟件。

3軟件設(shè)計(jì)3.1軟件功能簡介數(shù)控機(jī)床參數(shù)匹配測試平臺軟件應(yīng)當(dāng)具備重要功能如下：采集8253芯片數(shù)據(jù)并寫入文獻(xiàn)；讀取文獻(xiàn)內(nèi)容并繪制數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)；最小二乘法擬合直線；設(shè)定并繪制理論直線；數(shù)據(jù)瀏覽、誤差顯示；成果分析；軟件使用協(xié)助。3.2操作系統(tǒng)選取方案1：DOS操作系統(tǒng)特點(diǎn)：單顧客單任務(wù)操作系統(tǒng)方案2：WINDOWS操作系統(tǒng)特點(diǎn)：單顧客多任務(wù)操作系統(tǒng)和諧圖形顧客界面、易學(xué)易用，并能支持多任務(wù)。方案3：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)特點(diǎn)：多顧客多任務(wù)操作系統(tǒng)UNIX、NETWARE、WINDOWSNTLINUX等。結(jié)論：雖然網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)功能較為強(qiáng)大，但WINDOWS深為廣大顧客愛慕，由于它操作比較簡樸，并且考慮與語言程序匹配兼容性，咱們選取使用WINDOWS操作系統(tǒng)。3.3編程語言方案選取方案1：VisualBasicVB淺顯易懂，很容易上手，具備如下某些特點(diǎn)：

①面向?qū)ο?/p>

VB采用了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想。它基本思路是把復(fù)雜程序設(shè)計(jì)問題分解為一種個(gè)可以完畢獨(dú)立功能相對簡樸對象集合，所謂“對象”就是一種可操作實(shí)體，如窗體、窗體中命令按鈕、標(biāo)簽、文本框等。②事件驅(qū)動(dòng)

在Windows環(huán)境下，程序是以事件驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)營，每個(gè)對象都能響應(yīng)各種不同事件，每個(gè)事件都能驅(qū)動(dòng)一段代碼——事件過程，該代碼決定了對象功能，普通稱這種機(jī)制為事件驅(qū)動(dòng)。③軟件集成式開發(fā)

VB為編程提供了一種集成開發(fā)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中，編程者可設(shè)計(jì)界面、編寫代碼、調(diào)試程序，直至把應(yīng)用程序編譯成可在Windows中運(yùn)營可執(zhí)行文獻(xiàn)，并為它生成安裝程序。

④構(gòu)造化程序設(shè)計(jì)語言

VB具備豐富數(shù)據(jù)類型，是一種符合構(gòu)造化程序設(shè)計(jì)思想語言，并且簡樸易學(xué)。此外作為一種程序設(shè)計(jì)語言，VB尚有許多獨(dú)到之處。

方案2：Delphi語言編譯速度快，比C++、C＃快多了。運(yùn)營速度快,VC體系比較好,使用以便,適合做數(shù)據(jù)庫,適合做共享軟件，組件資源豐富，難度不大于C++。使用Pascal語言，語言流行限度不如C/C++，不是完全面向?qū)ο螅褂貌皇呛莒`活。方案3：VisualC++Visual

Basic之因此受到廣大編程興趣者及專業(yè)編程人員青睞，是由于VisualC++具備如下重要特點(diǎn)：①程序構(gòu)造簡樸、書寫格式自由。②語句簡潔、語法構(gòu)造清晰、緊湊，使用以便、靈活。③數(shù)據(jù)類型豐富、齊全。④運(yùn)算符豐富、齊全，運(yùn)算能力強(qiáng)。⑤語法限制不太嚴(yán)格，程序自由度大。⑥具備直接硬件解決能力⑦C++編譯系統(tǒng)生成目的代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。⑧程序可移植性強(qiáng)。C++包括了整個(gè)C，因而也繼承了C所有特性和長處，同步添加了對OOP完全支持。綜上所述，本設(shè)計(jì)涉及從PC機(jī)ISA接口讀取數(shù)據(jù)，綜合各方面考慮，最后選取VisualC++作為編程語言。

3.4VC開發(fā)平臺簡介VC++是VisualC++簡稱，它涉及編輯、編譯、連接、運(yùn)營幾種環(huán)節(jié)。VisualC++6.0是當(dāng)今世界是上最流行語言之一，它是在20世紀(jì)80年代初由貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)。當(dāng)時(shí)C語言已經(jīng)非常流行，隨著問題復(fù)雜度提高和面向?qū)ο筠k法提出，C語言越來越顯得力不從心，C++是由C語言擴(kuò)張而成，它繼承了C語言長處，又?jǐn)U張了C語言功能。它非常合用于開發(fā)中檔和大型計(jì)算機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目。軟件可重用性、可擴(kuò)充性以及可靠性均顯示出了它優(yōu)越性。VisualC++編程界面如圖3.1所示。圖3.1工程界面在圖3.1中，工具欄中慣用按鈕重要功能簡介如下：編譯按鈕，當(dāng)程序編輯好后，點(diǎn)擊此按鈕看程序與否出錯(cuò)，以便修改。組建按鈕，當(dāng)所有文獻(xiàn)編輯好后，點(diǎn)擊此按鈕看程序與否出錯(cuò)，以便修改。運(yùn)營按鈕，當(dāng)程序編譯無誤后點(diǎn)擊這個(gè)按鈕會自動(dòng)彈出運(yùn)營界面，這樣你就可以檢查你程序和你思想與否一致。單步運(yùn)營按鈕，便于檢查程序執(zhí)行狀況，看與否按自己思路運(yùn)營，可以單步查看運(yùn)營成果；插入或刪除中斷點(diǎn)按鈕；停止組建按鈕；協(xié)助按鈕；保存按鈕，將編輯當(dāng)前程序存盤；所有保存按鈕，將所有文獻(xiàn)存盤。3.5軟件功能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床參數(shù)匹配測試平臺框架構(gòu)造圖如圖3.2所示:最小二乘法擬合最小二乘法擬合寫入文獻(xiàn)讀取數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制理論直線誤差分析成果分析采集外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)瀏覽3.2數(shù)控機(jī)床參數(shù)匹配測試平臺框架構(gòu)造圖每個(gè)環(huán)節(jié)之間存在著一定得邏輯關(guān)系，詳細(xì)流程闡述如下：①平臺通過計(jì)算機(jī)ISA接口將8253計(jì)數(shù)芯片上數(shù)據(jù)采集進(jìn)入平臺之中，然后通過一定數(shù)學(xué)解決將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并寫入PC機(jī)硬盤中備用；②將PC機(jī)中數(shù)據(jù)文獻(xiàn)讀出，并將其繪制到坐標(biāo)系中；③將PC機(jī)中數(shù)據(jù)文獻(xiàn)讀出，應(yīng)用最小二乘法對其進(jìn)行擬合，將擬合直線與坐標(biāo)點(diǎn)繪制到相似坐標(biāo)系中，并顯示擬合直線方程；④對最小二乘法數(shù)據(jù)擬合以及系統(tǒng)位置誤差進(jìn)行分析；⑤設(shè)立理論直線方程，將其與擬合直線和坐標(biāo)點(diǎn)繪制到同一坐標(biāo)系；⑥通過對所繪制圖形分析，給出有關(guān)結(jié)論和解決問題建議。下面將針對每個(gè)功能模塊某些實(shí)現(xiàn)狀況進(jìn)行闡述，功能模塊之間都是基于VC++消息機(jī)制，每個(gè)功能模塊中將簡介編程思想、簡樸編程流程圖、重要子程序以及其她核心編程信息。3.5.1采集數(shù)據(jù)信息平臺通過計(jì)算機(jī)ISA總線接口將8253計(jì)數(shù)芯片上數(shù)據(jù)采集進(jìn)入平臺之中，然后通過一定數(shù)學(xué)解決將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并寫入PC機(jī)硬盤中備用。那么，有必要對8253芯片和ISA總線做簡樸簡介。1、8253芯片簡介：8253芯片是INTEL公司生產(chǎn)微型機(jī)通用外因芯片之一。采用24引腳雙列直插式封裝，其重要特性有：●采用單一+5V電源供電；●計(jì)數(shù)頻率為0～5MHz；●兩種計(jì)數(shù)方式：即二進(jìn)制或BCD方式計(jì)數(shù)；●片內(nèi)有3個(gè)獨(dú)立16位減法計(jì)數(shù)器(或計(jì)數(shù)通道)，每個(gè)計(jì)數(shù)器又可以分為2個(gè)8位計(jì)數(shù)器；●六種工作方式，既可對系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定期．又可對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，可由軟件或硬件控制開始計(jì)數(shù)或停止計(jì)數(shù)。由于篇幅有限，下面就只簡介一下8253芯片6種工作方式，依照本設(shè)計(jì)需要選取一種適合工作方式。工作方式選?、俜绞?—計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生中斷方式當(dāng)寫入方式0控制字后，計(jì)數(shù)器輸出及時(shí)變?yōu)榈碗娖?，?dāng)賦初值后，計(jì)數(shù)器立即開始工作，且輸出始終保持低電平，計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)變?yōu)楦唠娖?，并始終保持到再次裝入初值或復(fù)位為止。若初值為雙字節(jié)，則只有當(dāng)輸入高字節(jié)后計(jì)數(shù)器才開始工作。如果對正在進(jìn)行計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器裝入一種新初值，則計(jì)數(shù)器立即重新開始計(jì)數(shù)。GATE門控端可禁止或容許計(jì)數(shù)，當(dāng)GATE=0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)，GATE=1時(shí)，容許計(jì)數(shù)。②方式1—可編程單次脈沖方式當(dāng)裝入計(jì)數(shù)初值后，要等GATE信號由低變高，并保持高時(shí)開始計(jì)數(shù)，此時(shí)OUT信號為低電平，計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，輸出變高電平，輸出單次脈沖，單次脈沖寬度由計(jì)數(shù)初值N決定。當(dāng)再有GATE上跳沿信號時(shí)，將再次以N為初值開始計(jì)數(shù)，若在GATE信號之前賦入新初值，則等到再有觸發(fā)信號時(shí)將以此新值開始計(jì)數(shù)。③方式2—頻率發(fā)生器方式當(dāng)裝入計(jì)數(shù)初值后，及時(shí)開始計(jì)數(shù)，輸出端不斷輸出負(fù)脈沖，其寬度等于一種時(shí)鐘周期，兩脈沖之間時(shí)鐘個(gè)數(shù)等于裝入初始值。該方式需在GATE信號控制下工作，當(dāng)GATE為0時(shí)，及時(shí)逼迫輸出為高電平，當(dāng)GATE為1時(shí)啟動(dòng)一次新計(jì)數(shù)周期。④方式3—方波頻率發(fā)生器方式該發(fā)生GATE信號作用與方式2相似，在GATE信號上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)，前半計(jì)數(shù)輸出始終保持高電平，后一半計(jì)數(shù)輸出又變?yōu)榈碗娖?。若裝入初值N為奇數(shù)，則在(N+1)/2個(gè)計(jì)數(shù)期間輸出保持低電平。⑤方式4—軟件觸發(fā)選通方式該方式被設(shè)立后輸出即變?yōu)楦唠娖?，?dāng)GATE=1時(shí)，一旦計(jì)數(shù)器裝入初值便立即開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)束后立即輸出一種寬度等于一種時(shí)鐘周期負(fù)脈沖。GATE=0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)。⑥方式5—硬件觸發(fā)選通方式該方式由GATE信號上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，輸出始終保持高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，輸出一種寬度等于時(shí)鐘周期負(fù)脈沖。此方式下，GATE電平高低對計(jì)數(shù)器工作無作用。但計(jì)數(shù)操作可用GATE信號上升沿重新觸發(fā)，當(dāng)正在計(jì)數(shù)期間計(jì)數(shù)器一旦重新觸發(fā)，便又從本來初值重新開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)期間，輸出始終保持高電平。綜上所述，結(jié)合本次設(shè)計(jì)需要，選取8253芯片工作方式2比較適當(dāng)。8253-5編程寫入方式控制字8253工作方式控制字格式如圖3.3所示。使用任意計(jì)數(shù)器通道，一方面要向該通道寫入方式控制字，以擬定該通道工作方式。注意，雖然三個(gè)通道用控制字端口地址是相似，但三個(gè)控制字寫入后卻存入相應(yīng)通道控制寄存器中。寫入計(jì)數(shù)初始值某個(gè)計(jì)數(shù)器在寫入了方式控制字后，任何時(shí)候都可以按RL1RL0規(guī)定寫入計(jì)數(shù)初始值，對某一計(jì)數(shù)器寫入順序是必要嚴(yán)格遵守，但是在符合順序狀況下，容許在中間穿插著對別計(jì)數(shù)器讀寫操作。當(dāng)RL1RL0=01時(shí)，只寫入低8位，則高位自動(dòng)置0；當(dāng)RL1RL0=10時(shí)，只寫入高8位，則低位自動(dòng)置0；當(dāng)RL1RL0=11時(shí)，共寫入16位，先寫低8位，后寫高8位。D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD方式控制字方式控制字SC1、SC1、SC0計(jì)數(shù)器選取RL1、RL0CPU讀/寫操作SC1SC0計(jì)數(shù)器00計(jì)數(shù)器001計(jì)數(shù)器110計(jì)數(shù)器211無效RL1RL0操作方式00計(jì)數(shù)值鎖存（供CPU讀出）01讀/寫計(jì)數(shù)器低8位10讀/寫計(jì)數(shù)器高8位1M2M2M1M0工作方式選取先讀/寫低8位，后讀/寫高8位M2M1M0工作方式000方式0001方式1×10方式2×11方式3100方式4101方式5BCDBCD計(jì)數(shù)方式選取0二進(jìn)制計(jì)數(shù)1十進(jìn)制（BCD碼）計(jì)數(shù)圖3.38253工作方式控制字讀計(jì)數(shù)值在計(jì)數(shù)進(jìn)行過程中，讀出當(dāng)前計(jì)數(shù)值有時(shí)是有用。在動(dòng)態(tài)讀計(jì)數(shù)值時(shí)可以有兩種辦法。本次采用鎖存計(jì)數(shù)器當(dāng)前計(jì)數(shù)值。采用一種方式控制字，其中SC1SC0=01指定要讀計(jì)數(shù)器通道號，RL1RL0=00，使這個(gè)方式控制字成為一種軟件命令，方式字別的各位內(nèi)容可以不考慮。這個(gè)命令一旦寫入后，就及時(shí)把當(dāng)前計(jì)數(shù)值鎖存到鎖存寄存器，而計(jì)數(shù)器可以繼續(xù)工作。此后，CPU通過先用方式控制字所規(guī)定讀取方式，然后再讀計(jì)數(shù)值，但由于這是從鎖存寄存器中讀取，因此是一種穩(wěn)定值。這種辦法唯一限定也是必要讀完規(guī)定字節(jié)數(shù)。2、ISA總線簡介：ISA插槽是基于ISA總線（IndustrialStandardArchitecture，工業(yè)原則構(gòu)造總線）擴(kuò)展插槽，其顏色普通為黑色，比PCI接口插槽要長些，位于主板最下端。其工作頻率為8MHz左右，為16位插槽，最大傳播率16MB/sec，可插接顯卡，聲卡，網(wǎng)卡已及所謂多功能接口卡等擴(kuò)展插卡。ISA總線擴(kuò)展插槽由兩某些構(gòu)成，一某些有62引腳，重要由地址線，數(shù)據(jù)線，控制線，狀態(tài)線，輔助線，電源線等62根引腳構(gòu)成,其信號分布及名稱與PC/XT總線擴(kuò)展槽基本相似，僅有很小差別。ISA總線端口編址方式有兩種方式：統(tǒng)一方式：存儲器中一某些地址分派給I/O；獨(dú)立方式：存儲器和I/O分別編址，有獨(dú)立指令，PC采用此方式。計(jì)算機(jī)端口地址如下表3.1所示。表3.1計(jì)算機(jī)端口地址I/O接口名稱端口地址硬驅(qū)控制卡1F0H～FFH游戲控制卡200H～20FH并行口控制卡1370H～37FH并行口控制卡2270H～27FH串行口控制卡13F8H～3FFH串行口控制卡22F0H～2FFH原型插件板（顧客可用）300H～31FH同步通訊卡13A0H～3AFH同步通訊卡2380H～38FH單顯DMA3B0H～3BFH彩顯CGA3D0H～3DFH彩顯EGA/VGA3C0H～3CFH軟驅(qū)控制卡3F0H～3F7H從表3.1可以看出，顧客可用地址區(qū)域?yàn)椋?00H～31FH,即表3.1中所加黑某些。因而，運(yùn)用VC++編程時(shí)，將會運(yùn)用300H～31FH段地址。綜合分析，由于雙軸系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)給軸會用到2個(gè)計(jì)數(shù)器，即正反方向分別各一種計(jì)數(shù)器。因而，兩個(gè)軸一共需要4個(gè)計(jì)數(shù)器才夠用，由于每片8253芯片只有3個(gè)計(jì)數(shù)器，因此需要選用2片8253芯片。地址：300H～303H分別表達(dá)第一片8253芯片計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2和控制字；地址：304H～307H分別表達(dá)第二片8253芯片計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2和控制字。為以便標(biāo)記，筆者將第二片8253計(jì)數(shù)器依次命名為：計(jì)數(shù)器3、計(jì)數(shù)器4、計(jì)數(shù)器5。3、采集數(shù)據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)：采集數(shù)據(jù)程序流程圖如下圖3.4所示：打開文獻(xiàn)打開文獻(xiàn)初始化計(jì)數(shù)器開始讀取外部數(shù)據(jù)寫入文獻(xiàn)解決數(shù)據(jù)讀取完畢關(guān)閉文獻(xiàn)是否結(jié)束3.4采集數(shù)據(jù)程序流程圖下面分別簡介每個(gè)小模塊實(shí)現(xiàn)過程。（１）初始化計(jì)數(shù)器初始化編程順序是：對某一指定計(jì)數(shù)器，必要先寫控制字，再寫計(jì)數(shù)器初值，計(jì)數(shù)初值寫入格式由控制字D5和D4兩位編碼決定。由于單個(gè)計(jì)數(shù)器是完全獨(dú)立，因此寫入控制字順序無任何先寫或后寫限制。由于本次設(shè)計(jì)中采用是讀取之前先送計(jì)數(shù)鎖存，因而，D5D4只能取00和11，分別表達(dá)鎖存和先讀低8位后讀高8位。選取工作方式2，則D3D2D1應(yīng)當(dāng)取010。采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)，因此D0=0。第一片芯片控制字地址為0x303，第二片控制字地址為0x307。依照上述分析，對于計(jì)數(shù)器0而言，其初始化核心代碼如下：//第一片8253芯片計(jì)數(shù)器0，代表X軸正方向；_outp(0x303,0x34)；//控制字 _outp(0x300,255)；//初始化計(jì)數(shù)器0為0xFFFF;先低8位，后高8位； _outp(0x300,255)；以上代碼中，第一行代碼中0x303為第一片芯片控制字地址，0x34是依照D7D6D5D4D3D2D1=00110100B=34H計(jì)算而來。第2、3行代碼中0x300是計(jì)算器0地址，255是需要初始化進(jìn)入計(jì)數(shù)器數(shù)值。代碼中_outp()函數(shù)是輸出函數(shù)。在VC開發(fā)系統(tǒng)中，系統(tǒng)提供了conio.h頭文獻(xiàn)，conio.h不是C原則庫中頭文獻(xiàn)。conio是ConsoleInput/output（控制臺輸入輸出）簡寫，其中定義了通過控制臺進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出函數(shù)，本設(shè)計(jì)將重要用到conio.h頭文獻(xiàn)中_outp()和_inp()函數(shù)。_outp()函數(shù)原型為：int_outp(unsignedshortport，intdatabyte)；port參數(shù)為指定輸出端標(biāo)語，databyte參數(shù)為輸出值。調(diào)用后，它將databyte參數(shù)指定值輸出到port參數(shù)指定端口并返回該值。databyte可以是0—255范疇內(nèi)任何整數(shù)值。_inp()函數(shù)原型為：int_inp(unsignedshortport)；port參數(shù)為指定輸入端標(biāo)語。調(diào)用后，它從port參數(shù)指定端口讀入并返回一種字節(jié)，輸入值可以是在0—255范疇內(nèi)任意無符號整數(shù)值。其她計(jì)數(shù)器初始化某些程序?qū)崿F(xiàn)與初始化計(jì)數(shù)器0完全類似，筆者在此就不在贅述。讀取數(shù)據(jù)及解決初始化編程順序是：通過控制字先對計(jì)數(shù)值進(jìn)行所存，供CPU讀出，然后設(shè)立為先讀低8位再讀高8位；然后讀取低8位并儲存低8位，再讀取高8位并儲存高8位。對計(jì)數(shù)器0讀取核心代碼如下： _outp(0x303,0x04); //計(jì)數(shù)值鎖存(供CPU讀出) _outp(0x303,0x34); //先讀低8位，后讀高8位 _outp(0x300,0x34); //讀取數(shù)據(jù) data0=_inp(0x300)；//儲存低8位 data1=_inp(0x300)；//儲存高8位在以上代碼中，第1行代碼中0x303為第一片芯片控制字地址，0x04是依照D7D6D5D4D3D2D1=00000100B=04H計(jì)算而來，其作用是將計(jì)數(shù)值鎖存。第2行代碼中0x34是通過D7D6D5D4D3D2D1=00110100B=34H計(jì)算而來，其作用是將讀取方式設(shè)立為讀/寫低8位，后讀/寫高8位。第3行代碼是將地址為0x300，即計(jì)數(shù)器0，計(jì)數(shù)值分別讀取2次。第4、5行代碼完畢將讀取數(shù)據(jù)分別存儲在data0、data1中，則data0存儲低8位，data1存儲高8位。實(shí)際計(jì)數(shù)值大小為：讀取其她計(jì)數(shù)器中數(shù)據(jù)與讀取計(jì)數(shù)器0中數(shù)據(jù)完全類似，筆者在此不再贅述。由于每次采集到數(shù)據(jù)不是符合規(guī)定坐標(biāo)值，必要通過一定數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換才干得到合乎規(guī)定坐標(biāo)值，詳細(xì)操作環(huán)節(jié)是：將每次從計(jì)數(shù)器0獲得值減去從計(jì)數(shù)器1獲得值作為當(dāng)前X軸坐標(biāo)值，然后將次從計(jì)數(shù)器2獲得值減去從計(jì)數(shù)器3獲得值作為當(dāng)前Y軸坐標(biāo)值，如此循環(huán)，下一次得到X軸坐標(biāo)值和Y軸坐標(biāo)值都分別需要加上前一種狀態(tài)坐標(biāo)值。文獻(xiàn)操作筆者最初想將讀取進(jìn)來數(shù)據(jù)儲存到一種數(shù)組中，但是由于讀取數(shù)據(jù)量大，這樣不但會揮霍CPU，并且還也許導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。為此，筆者多方考慮，打算采用文獻(xiàn)操作來解決這一種文獻(xiàn)，即將讀取數(shù)據(jù)寫入一種二進(jìn)制文獻(xiàn)，然后在需要時(shí)候?qū)⑵湔{(diào)用出來進(jìn)行有關(guān)解決和分析。該某些核心代碼如下：FILE*datafile;datafile=fopen("C:\\Data.dat","wb");while(!feof(datafile)){ fwrite(&data.x,sizeof(long),1,datafile); fwrite(&data.y,sizeof(long),1,datafile);}fclose(datafile);在以上代碼中，先是運(yùn)用第一行代碼定義了一種FILE指針文獻(xiàn)，然后第二行代碼將C:\創(chuàng)立一種名為Data.dat文獻(xiàn)，并以二進(jìn)制寫方式打開；背面代碼則是將采集X坐標(biāo)data.x和Y坐標(biāo)data.y分別依次存入文獻(xiàn)中。最后一行代碼作用是將該文獻(xiàn)關(guān)閉，這是每次打開一種文獻(xiàn)后必要環(huán)節(jié)。本軟件開發(fā)過程中，諸多地方都會運(yùn)用到文獻(xiàn)操作，為此，筆者有必要對其進(jìn)行簡樸簡介。①打開文獻(xiàn)在前面第二行代碼中，fopen函數(shù)用來打開一種文獻(xiàn)，其調(diào)用普通形式為：文獻(xiàn)指針名=fopen(文獻(xiàn)名，使用文獻(xiàn)方式)其中，第一種形式參數(shù)表達(dá)文獻(xiàn)名，可以包括途徑和文獻(xiàn)名兩某些,“文獻(xiàn)名”是字符串常量或字符串?dāng)?shù)組。第二個(gè)形式參數(shù)表達(dá)打開文獻(xiàn)類型，本設(shè)計(jì)用到兩種打開文獻(xiàn)類型如下："rb"只讀打開一種二進(jìn)制文獻(xiàn)，只容許讀數(shù)據(jù)

"wb"

只寫打開或建立一種二進(jìn)制文獻(xiàn)，只容許寫數(shù)據(jù)②讀寫文獻(xiàn)在寫文獻(xiàn)某些代碼中，寫數(shù)據(jù)塊函數(shù)調(diào)用普通形式為：fwrite(buffer,size,count,fp);后來將用到讀數(shù)據(jù)塊函數(shù)，其調(diào)用普通形式為：fread(buffer,size,count,fp);其中，buffer是一種指針，在fread函數(shù)中，它表達(dá)存儲輸入數(shù)據(jù)首地址，在fwrite函數(shù)中，它表達(dá)存儲輸出數(shù)據(jù)首地址。size表達(dá)數(shù)據(jù)塊字節(jié)數(shù)。count表達(dá)要讀寫數(shù)據(jù)塊塊數(shù)。fp表達(dá)文獻(xiàn)指針。例如：fread(x,4,5,fp);其意義是從fp所指文獻(xiàn)中，每次讀4個(gè)字節(jié)(一種實(shí)數(shù))送入實(shí)數(shù)組x中，持續(xù)讀5次，即讀5個(gè)實(shí)數(shù)到x中。fwrite(y,4,5,fp);其意義是從實(shí)數(shù)組y中，每次寫4個(gè)字節(jié)(一種實(shí)數(shù))送入fp所指文獻(xiàn)中，持續(xù)寫5次，即寫5個(gè)實(shí)數(shù)到fp所指文獻(xiàn)中。③關(guān)閉文獻(xiàn)fclose()函數(shù)用來關(guān)閉一種由fopen()函數(shù)打開文獻(xiàn),其調(diào)用格式為:fclose(FILE*stream);該函數(shù)返回一種整型數(shù)。當(dāng)文獻(xiàn)關(guān)閉成功時(shí)，返回0,否則返回一種非零值?？梢砸勒蘸瘮?shù)返回值判斷文獻(xiàn)與否關(guān)閉成功。3.5.2讀取數(shù)據(jù)信息并繪圖讀取數(shù)據(jù)信息繪圖程序流程圖如下圖3.5所示：下面簡介一下本軟件繪圖實(shí)現(xiàn)辦法，這里選用MFC提供CClientDC類來實(shí)現(xiàn)這一功能。這個(gè)類派生于CDC類，并且在構(gòu)造時(shí)調(diào)用GetDC函數(shù)，在析構(gòu)時(shí)調(diào)用ReleaseDC函數(shù)。也就是說，當(dāng)一種CClientDC對象在構(gòu)造時(shí)，它內(nèi)部會調(diào)用GetDC函數(shù)，獲得一種對象；在這個(gè)CClientDC對象析構(gòu)時(shí)，會自動(dòng)釋放這個(gè)設(shè)備描述表資源。這樣話，程序中如果使用了CClientDC類型定義DC對象，就不需要顯示地調(diào)用GetDC函數(shù)和ReleaseDC函數(shù)了。只需要定義一種CClientDC對象，然后就可以運(yùn)用這個(gè)對象提供函數(shù)進(jìn)行繪圖操作了。當(dāng)該對象生命周期結(jié)束時(shí)，會自動(dòng)釋放其所占設(shè)備資源。這就是CClientDC對象好處，因而，本軟件開發(fā)過程中關(guān)于繪圖指令都是基于CClientDC類進(jìn)行。打開文獻(xiàn)打開文獻(xiàn)開始讀取文獻(xiàn)數(shù)據(jù)繪制數(shù)據(jù)點(diǎn)讀取完畢關(guān)閉文獻(xiàn)是否結(jié)束圖3.5繪制數(shù)據(jù)程序流程圖為了簡樸簡介CClientDC類功能，下面給出軟件中坐標(biāo)系繪制程序?qū)崿F(xiàn)如下：CClientDCdc(this);//定義一種CClientDC對象//繪制縱坐標(biāo)dc.MoveTo(20,0)；//移動(dòng)到繪圖起點(diǎn)dc.LineTo(20,750)；//從起點(diǎn)到此點(diǎn)畫用線段連接起來//繪制坐標(biāo)原點(diǎn)0dc.ExtTextOut(10,700,ETO_OPAQUE,CRect(10,700,10,710),_T("0"),NULL)；//繪制X坐標(biāo)標(biāo)簽dc.ExtTextOut(30,20,ETO_OPAQUE,CRect(30,20,30,30),_T("Y"),NULL);//繪制Y坐標(biāo)標(biāo)簽dc.ExtTextOut(750,710,ETO_OPAQUE,CRect(750,710,750,720),_T("X"),NULL);以上代碼只提供了縱坐標(biāo)繪制，其她坐標(biāo)繪制完全相識，筆者就不再贅述，詳細(xì)代碼見程序清單。從上面例子可以發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)造CClientDC對象時(shí)，需要一種CWnd類型指針作為參數(shù)。由VC++知識可知，每個(gè)對象均有一種this指針指向自己自身，因此，本例子就將this作為參數(shù)傳遞給該對象構(gòu)造函數(shù)。由此可以看出，CClientDC類繪圖十分以便快捷。但是還需要闡明是，不論是VC中窗口還是對話框，設(shè)備原點(diǎn)（0，0）都是在左上角，這與咱們實(shí)際應(yīng)用不同樣，因而需要對設(shè)備原點(diǎn)（0，0）進(jìn)行變化，這樣才干使得繪出圖像具備很強(qiáng)工程意義。例子中筆者就將原點(diǎn)改到（20，700），這樣下面繪制出來圖形就會出當(dāng)前坐標(biāo)系第一象限。此外，由于本次設(shè)計(jì)中會有擬合直線、理論直線以及所有數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)在同一坐標(biāo)系中浮現(xiàn)，因而，需要用不同顏色、大小來顯示所繪制圖形，這樣才以便分析她們之間關(guān)系。前一種例子中所畫坐標(biāo)系都是黑色，這是由于設(shè)備描述表中有一種默認(rèn)黑色畫筆，因而繪制線條都是黑色。在VC++中，如果想要繪制其她顏色線條，一方面需要?jiǎng)?chuàng)立一種特定顏色畫筆，然后將此畫筆選入設(shè)備描述表中，接下來繪制圖形顏色就由這個(gè)新畫筆特性做決定了。詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，可以運(yùn)用MFC提供CPen類創(chuàng)立畫筆對象，這個(gè)類封裝了與畫筆有關(guān)操作。它有三個(gè)構(gòu)造函數(shù)，其中一種構(gòu)造函數(shù)原型聲明如下：CPen(intnPenStyle，intnWidth，COLORREFcrColor);其中，第一種參數(shù)（nPenStyle）指定筆線型（實(shí)線(PS_SOLID)、點(diǎn)線(PS_DOT）、虛線(PS_DASH)等）；第二個(gè)參數(shù)（nWidth）指定畫筆線寬,需要注意是，畫筆寬度要不超過1才可以保證虛線線型有效；第三個(gè)參數(shù)指定筆顏色，這個(gè)參數(shù)是COLORREF類型，運(yùn)用RGB這個(gè)宏可以建立這個(gè)類型值。RGB宏聲明如下：COLORREFRGB(BYTEbRed，BYTEbGreen，BYTEbBluecolor);可以看出，RGB宏有三個(gè)參數(shù)，分別代表紅、綠、藍(lán)三種顏色值。這三個(gè)參數(shù)都是BYTE類型,取值范疇為:0～255，RGB(255,255,255)代表白色，RGB(0,0,0)代表黑色，當(dāng)三個(gè)參數(shù)分別設(shè)立為0～255之間任意值時(shí)，可以得到各種不同顏色。對于前面坐標(biāo)系例子，若將第一行指令修改為如下代碼：CPenpen(PS_SOLID,1,RGB(0,0,255))；//創(chuàng)立新畫筆 CClientDCdc(this)；//定義一種CClientDC對象CPen*pOldPen=dc.SelectObject(&pen);//添加新畫筆備用然后，在最后一行代碼背面添加如下代碼：dc.SelectObject(pOldPen); //恢復(fù)默認(rèn)畫筆從修改后例子可以看出，一方面創(chuàng)立了一種實(shí)線畫筆，其寬度為1，顏色為藍(lán)色。接著運(yùn)用SelectObject函數(shù)將新畫筆對象選入設(shè)備描述表，再運(yùn)用畫線函數(shù)可以發(fā)現(xiàn)繪制出線發(fā)生了變化。最后，再次調(diào)用SelectObject函數(shù)恢復(fù)設(shè)備描述表中畫筆。最后簡介一下，CClientDC對象中一種SetPixel函數(shù)，該函數(shù)聲明如下:StatusSetPixel(INTx，INTy，COLORREFcrColor);其中，x為橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo)，crColor為顏色設(shè)立。打開文獻(xiàn)開始打開文獻(xiàn)開始讀取文獻(xiàn)數(shù)據(jù)最小二乘法擬合讀取完畢關(guān)閉文獻(xiàn)是否計(jì)算擬合直線計(jì)算擬合直線關(guān)閉文獻(xiàn)顯示擬合直線繪制擬合直線結(jié)束FILE*fp1;//定義文獻(xiàn)指針 fp1=fopen("C:\\Data.dat"，"rb")；//二進(jìn)制方式讀文獻(xiàn)while(!feof(fp1))//判斷與否讀完數(shù)據(jù)結(jié)束{fread(&x,sizeof(long),1,fp1)；//讀橫坐標(biāo) fread(&y,sizeof(long),1,fp1)；//讀縱坐標(biāo)dc.SetPixel(20+x,700-y,RGB(255,0,0));//以紅色畫筆繪制坐標(biāo)點(diǎn)}fclose(fp1)；//關(guān)閉文獻(xiàn)在上面代碼中，每行代碼作用見標(biāo)注，該某些所有程序詳見附錄中DrawDlg.cpp。3.5.3最小二乘法擬合直線運(yùn)用最小二乘法擬合直線程序流程圖如圖3.6所示。圖3.6最小二乘法擬合直線程序流程圖一方面，簡介一下最小二乘法擬合基本原則以及擬合直線方程推導(dǎo)過程，詳細(xì)分析如下：圖3.6最小二乘法擬合直線程序流程圖事實(shí)上，運(yùn)用最小二乘法原理求取回歸參數(shù)k、b時(shí)，應(yīng)使各數(shù)據(jù)點(diǎn)與擬合直線偏離平方和為最小，假設(shè)有n對數(shù)據(jù)點(diǎn),在點(diǎn)上y預(yù)計(jì)量為：（3.1）誤差方程組為：（3.2）應(yīng)當(dāng)使得最小，于是求取參數(shù)k、b應(yīng)當(dāng)滿足：\（3.3）式（3.3）稱為正規(guī)方程組，運(yùn)用代數(shù)辦法求解，可得：（3.4）（3.5）式中，，（3.6）（3.7）綜上所述，可以得到擬合后直線方程為：（3.8）此外，有關(guān)系數(shù)ρ是描述兩個(gè)變量線性關(guān)系密切限度數(shù)量指標(biāo)，自然其絕對值越大，即接近于1時(shí)，x、y線性關(guān)系就越密切；當(dāng)ρ接近0時(shí)，兩者線性變化規(guī)律就不明顯。因而，本設(shè)計(jì)引入了有關(guān)系數(shù)ρ來判斷直線擬合與否成功，也可以觀測到數(shù)據(jù)點(diǎn)線性關(guān)系。有關(guān)系數(shù)公式如下：（3.9）式（3.9）中，因分母根式值恒為正值，故有關(guān)系數(shù)符號取決于離差積之和符號，即與參數(shù)k符號一致。普通而言，只要有關(guān)系數(shù)ρ>0.999,那么x、y線性關(guān)系就非常密切了，線性關(guān)系很明顯。懂得n-2為自由度，又由于殘差平方和是反映了x對y線性影響之外其她隨機(jī)影響總和，故定義下列預(yù)計(jì)量s為：（3.10）s也可以以為是剩余原則差，它意義與原則差相識，用它可以衡量所有隨機(jī)因素對y大小，s愈大，擬合精度越高。通過對最小二乘法推導(dǎo)和分析，運(yùn)用VC編寫實(shí)現(xiàn)擬合核心代碼如下：//最小二乘法擬合程序averx=sumx/len_data；//求x平均avery=sumy/len_data；//求y平均fp1=fopen("C:\\Data.dat","rb");while(!feof(fp1)){fread(&x,sizeof(long),1,fp1); fread(&y,sizeof(long),1,fp1);Lxx+=(x-averx)*(x-averx); Lxy+=(x-averx)*(y-avery);Lyy+=(y-avery)*(y-avery);}fclose(fp1);k=Lxy/Lxx；//求斜率kb=avery-k*averx；//求截距b在上面代碼中sumx和sumy分別為所有X、Y坐標(biāo)值累加和，通過上述代碼，可以獲得直線方程：Y=k*X+b，于是筆者可以運(yùn)用繪圖CClientDC類指令進(jìn)行繪圖，這一操作類似于理論直線繪制，詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程參看3.5.4繪制理論直線某些。該某些所有程序詳見附錄中DrawDlg.cpp中OnNihe函數(shù)。 3.5.4繪制理論直線圖3.7繪制理論直線程序流程圖設(shè)立理論直線開始坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算繪制理論直線圖3.7繪制理論直線程序流程圖設(shè)立理論直線開始坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算繪制理論直線結(jié)束然后，運(yùn)用前面簡介CClientDC類繪圖中LineTo函數(shù)即可完畢理論直線繪制，詳細(xì)核心代碼如下所示：dc.MoveTo(20,700-m_b)；//移動(dòng)到A點(diǎn)dc.LineTo((700-m_b)/m_k+20,0);//連接A、B兩點(diǎn)dc.ExtTextOut(750,30,ETO_OPAQUE,CRect(750,30,750,40),_T("理論直線:"),NULL)；//繪制圖例dc.MoveTo(820,40);dc.LineTo(950,40);從以上代碼可以看出，代碼中m_k、m_b是設(shè)立直線方程斜率和截距。繪制圖指令在前面已經(jīng)簡介過，每行代碼作用見右邊標(biāo)注。擬合直線繪制代碼與理論直線繪制完全相識，函數(shù)ExtTextOut可以是用來輸出“理論直線:”和“擬合直線:”文本信息，然后運(yùn)用隨后兩行代碼繪制出一條小線段，這樣可以讓讀者清晰地結(jié)識那條線代表什么含義，固然擬合直線和理論直線是采用不同畫筆。運(yùn)營后得到效果如圖3.8所示：圖3.8理論直線和擬合直線圖例該某些所有程序詳見附錄中DrawDlg.cpp中OnNilun函數(shù)。3.5.5數(shù)據(jù)瀏覽及誤差顯示數(shù)據(jù)瀏覽及誤差顯示編程過程中，由于需要計(jì)算方差、原則差等有關(guān)誤差，但是她們是每個(gè)點(diǎn)都要進(jìn)行計(jì)算，最后會有諸多值，只有和數(shù)據(jù)放在一起才懂得她們所屬關(guān)系，因而，筆者就將這兩項(xiàng)功能設(shè)計(jì)在相似對話框中。詳細(xì)流程圖如圖3.9所示。由于篇幅有限，筆者只簡介一下數(shù)據(jù)加入列表框某些程序?qū)崿F(xiàn)，其核心代碼如下：charch[400];//定義緩存數(shù)組sprintf(ch,"第%6d點(diǎn):X:%6d,Y:%6d，//定義輸出格式△D=%6d,Dy=%4.4f,dy=%4.4f",lendata,x,y,Delta_D,Dy,dy)；m_DataList.AddString(ch)；//加載進(jìn)入列表框從上面代碼可以看出，第一行代碼是用來定義一種儲存每次加載內(nèi)容數(shù)組；第二行時(shí)設(shè)立數(shù)組內(nèi)容格式，其中，%6d表達(dá)6位十進(jìn)制輸出，%4.4f表達(dá)4為整數(shù)、4為小數(shù)浮點(diǎn)型輸出；最后一行代碼中，運(yùn)用AddString函數(shù)將數(shù)組內(nèi)容加載進(jìn)入列表框中，這樣將該核心代碼放在數(shù)據(jù)讀循環(huán)里面就可以將每次讀出來數(shù)據(jù)以及誤差數(shù)據(jù)顯示在列表框中。在數(shù)據(jù)加載完畢后，關(guān)閉文獻(xiàn)背面添加如下代碼：sprintf(ch,"%6s%6s%6s%6s%10s%10s","點(diǎn)序號","X坐標(biāo)","Y坐標(biāo)","△D","方差","原則差");//定義一種輸出m_DataList.InsertString(0,ch);//插入ch內(nèi)容到列表框中第0行通過以上代碼可以給列表框輸出一種表頭，下面相應(yīng)就是表