第3章 数字控制技术.ppt

1、第3章数字控制技术、3.1数字控制基础3.2逐次比较法插补原理3.3多轴步进驱动控制技术3.4多轴伺服驱动控制技术、NC技术和数控机床为柔性制造(Flexible Manufacturing，FM )和计算机集成制造(computerintegring 实现3.1.1数控技术的发展概况，3.1.2数控原理，以时间序列或工作顺序规定工作的自动控制为顺序控制。 将表示加工顺序、加工方式、加工残奥表的数字编码作为控制指令的数字控制系统(numericalcontrolsystems )。 所谓数字计程仪程序控制，是指根据计算机输入的指令和数据控制生产机械(例如各种加工机)，按照规定的工作顺序、运动轨

2、迹、运动距离和运动速度等规则自动完成工作的自动控制。 数字计程仪兰姆控制主要应用于工作母机控制，采用数字程序控制系统的工作母机称为数控机床。中包括的数字程序控制系统由四个部分组成：输入设备、输出设备、控制支重轮、和内插器。 其中，计算机支重轮、中介程序功能以及部分投入产出功能由计算机负责。 如果给出、x、y、a、b、c、d、a、b、c、d的各个点坐标x和y的值，则如何确定各个坐标值之间的中间值。 求出这些个中间值的数值修正计算方法称为内插值或内插值。 插值计算的宗旨是通过给定的基点坐标以一定的速度连续确定一系列中间点，这些个中间点的坐标值是以一定的精度近似给定的线段。 理论上，插值的形式可以使

3、用任意函数形式，但为了简化插值运算过程、加快插值速度，经常使用直线插值和二次曲线插值两种形式。 喀呖声，首先在修正机上再现下一个平面图形，简单说明数字计程仪兰姆控制的基本原理。 直线内插是指在两个给定基点之间用一条近似直线进行逼近，即，连接它所确定的中间点的直线近似于一条直线，而不是真正的直线。 的双曲馀弦值。 二次曲线插值是指两个给定基点之间的近似曲线。 也就是说，实际的中间点连接是近似曲线的折线。 一般的二次曲线有圆弧、抛物线、双曲线等。 3.1.3数字控制方式、1 .点控制2 .线性控制3 .配置控制、3.1.4数字控制系统、1 .开环数字控制2 .闭环数字控制、1 .开环数字控制，该控

4、制构造由种子文件反馈检测元件构成由于步进电机接受来自步进大头针电机驱动电路的指令脉冲而进行相应的旋转，将手工工具移动到与指令脉冲相当的位置，不检查手工工具是否达到了由指令脉冲规定的位置，因此该控制的可靠性和精度基本上与步进大头针电机和作动器一致由于采用步进电机作为驱动元件，因此系统的控制性更灵活，各种插值运算和运动轨迹控制变得容易。 本章主要讨论开环数字计程仪报控制技术。 2 .闭环数控、该结构的驱动器多采用直流电动机(小惯性伺服电动机和宽调速力矩电动机)作为驱动要素，种子文件反馈测量要素采用光电编码器(查询密码盘)、光栅、感应同步机等，该控制方式主要用于大型精密加工机结构复杂，调整和维护困难

5、，3.1.5数值操纵系统分类，1 .传统数值操纵系统2 .开放式数值操纵系统(1)PC IN NC结构式数值操纵系统(2)NC IN PC结构式数值操纵系统3 .网络化数值操纵系统，3.2逐次比较法插值原理， 所谓的连续比较法内插在最初给定的轨迹下面，对于每一手工工具或绘图笔，下一步骤朝向给定的轨迹上面，并且在原始给定的轨迹内部，下一步骤朝向给定的轨迹外面。如此，前往一头地并进行比较，确定下一步的方向，并且形成接近特定轨迹，即逐点比较内插。 由于比较法是用阶梯折线来近似直线和圆弧等曲线，与规定的加工直线和圆弧的最大误差为脉冲当量，因此只要将脉冲当量(作为每次进行一头地的距离的步长)一盏茶缩小，

6、就能够满足加工精度的要求。 3.2.1逐次比较法直线插补3.2.2逐次比较法圆弧插补、3.2.1逐次比较法直线插补、1第一象限内的直线插补(1)偏差校正公式：偏差校正运算是逐次比较法的重要一头地。 想在第1象限中加工直线段OA，以直线段的起点为坐标原点，直线段终点坐标(xe，ye )是已知的。 点m(xm，ym )是加工点(动点)，如果点m位于直线段OA上，则在作为xm/ymxe/ye的ym*xe-xm*ye0定义的直线内插的偏差判别式是作为fmymxe-xmyefmye的Fm0的情况下，点m不要位于OA直线段上由此得到的第一象限直线依次比较法内插的原理如下：从直线的起点(即坐标原点)起为Fm

7、0时，在x轴方向上前进一头地；从直线的起点(即坐标原点)起为Fm0时，在x轴方向上前进一头地另外，若加工点正好处于m点，Fm0，则表示m点在OA上或OA上；应该在x方向进一步前进到(m-1 )点该点的坐标值为xm 1=xm ym 1=ym 1该点的偏差为FM1=ym1xe-XM1ye=(ym1) xe-xmye=FM。 特别要注意，加工的起点是坐标原点，起点的偏差是已知的F00。 (2)终点判定方法为，定径套Nx和Ny这两个减法计数器，在加工开始前，在Nx和Ny计数器中分别保存终点坐标值xe和ye，当在x坐标(或y坐标)前进1步时，在Nx计数器(或Ny计数器)中减去1，在这一个终点计数器处，进

8、行x和y的(3)插值修正计算过程、插值修正计算时，每次进行一头地时，进行偏差判别坐标进给偏差修正计算终点判定、2.4象限的直线插值、3 .直线插值运算的程序实现、(1)数据的输入和向修正计算机的存储器的存储这4个步骤的插值修正计算过程Nxy=Nx Ny、xoy=1、2、2 (2)直线插值补正算的程序计程仪流程图下图是直线插值补正算的程序程序流程图，该图根据插值补正算过程的4个步骤即偏差判别、坐标传送、偏差补正算、终点判定来实现插值补正算计程仪程序。 偏差判别、偏差补正算、终点判断是逻辑运算和算术运算，容易制作计程仪柱，坐标传送通常向步进大头针电动机发送步行脉冲，用步进大头针电动机移动工作母机的

9、表格和手工工具。 对例如31条第一象限直线OA进行加工，设起点为o (0，0 )，终点坐标为a (6，4 )，尝试进行插值运算制作了步行轨迹图。解坐标进给的总步数Nxy=|6-0| |4-0|=10、xe=6、ye=4、F0=0、xoy=1.轨迹图：3 . 从图中所示的第一象限反圆弧AB可知，Rm=xm2 ym2 R2=x02 y02定义偏差判别式，如果fmrm-r2=xmym2-r2fm=0，则表示加工点m在圆弧上。 Fm0表示加工点在圆弧外，Fm0表示加工点在圆弧内。 由此得到的第一象限的反圆弧在每个点进行比较内插的原理是，从圆弧的起点到Fm0时，为了接近圆弧，接下来向-x方向进行一头地，

10、在修正新的偏差的Fm0时，为了接近圆弧，接下来向y方向进行一头地，修正新的偏差。 这样通过进行一头地一头地修正运算和一头地进给，在到达终点后停止修正运算，可以内插图中所示的第1象限逆圆弧AB。 另外，设加工点位于m(xm，ym )点，在Fm0时沿-x方向进给至(m 1)点，其坐标值设xm 1=xm-1 ym 1=ym的新加工点的偏差为FM1=XM 12 ym 12-r2=(XM-1 )2y m2- r2=FM-2 XM 1 xm 1=xm ym 1=ym 1新的加工点偏差为FM1=XM 12 ym 12-r2=XM (ym1)2- r2=FM2ym 1，如果知道前一点的偏差和坐标值，则能够求出

11、新的一点的偏差的加工点从圆弧的起点开始，因此起点的偏差(2)终点判定方法圆弧插补的终点判定方法与直线插补相同。 可以将x方向上的步长数Nx=|xe-x0|和y方向上的步长数Ny=|ye-y0|的总和Nxy作为一个计数器，对于每个步长，从Nxy减去1，并且当Nxy=0时，从终点输出信号。 (3)内插补正计算过程圆弧内插补正计算过程比直线内插补正计算过程多一个，即补正加工点瞬时坐标(动点坐标)值。 因此，圆弧内插的校正计算过程被分成偏差判别、坐标输送、偏差校正计算、坐标校正计算、终点判定这5个步骤。 (1)第一象限顺圆弧的内插计算第一象限顺圆弧CD，圆弧的中心位于坐标原点，并且起点C(x0，y0

12、)和终点D(xe，ye )是已知的。 加工点当前位于m(xm，ym )点，如果是Fm0，则向-y方向进行一头地，到(m 1)点为止，新的加工点坐标为(xm，ym-1 )，新的偏差可以求出fm1=fm1，(2)四象限的圆弧插值与第一象限的情况相比，可以得到其他象限的圆弧插值因为其他象限中的所有圆弧总是与第一象限的逆圆弧或顺圆弧对称。 并且，对于圆弧内插，我们也必须首先弄清楚第一步的步行方向，以后的步骤是容易的。 把握(总是接近原点的倾向) Fm=0、Fm 1=Fm-2ym 1(第一、三象限) Fm 1=Fm-2xm 1(第二、四象限) Fm0、fm1=fm2xm偏差校正公式Fm的最原始公式的意思

13、是最重要的。 (1)在数据的输入和补正机的存储器中打开8个用户针织面料XO、YO、NXY、FM、RNS、XM、YM和ZF，分别保存起点的横轴x0、起点的纵轴y0、总步长数NXY其中Nxy=|xe-x0| |ye-y0|； RNS等于1、2、3、4、5、6、7和8，分别表示SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3和NR4，并且RNS的值表示起点坐标和终点坐标的正负符号Fm的初始值为F0，并且xm和ym的初始值为x0和y0。 ZF=1、2、3、4分别表示x、-x、y、-y的步行方向。 (2)根据圆弧插补计算的程序流插补计算的5个步骤来实现插补计算计程仪程序。 即，指定偏差判别坐标进给

14、偏差计算坐标计算终点判定、y轴、RNS，选择同样偏差计算式，判断Fm的值，判断Fm的值，加工x轴例如第一象限逆圆弧AB，将已知的起点的坐标设为a(4， 0 )、作为终点坐标的3.3多轴步进电动机控制技术、3.3.1步进大头针电动机的工作原理3.3.2步进大头针电动机的工作方式3.3.3步进大头针电动机控制接口及输出字表3.3.4步进电动机控制计程仪程序3.3.5 用步进电机驱动的数值操纵系统的站或手工工具的总移动步数由指令脉冲的总数决定，手工工具的移动速度由指令脉冲的频率决定。 步进大头针电动机不是连续的变化，而是跳跃离散的。 步进大头针电机：脉冲电机，请转动1个脉冲电机。 将电脉冲信号转换成

15、角位移的机电式数字模拟(DA )转换器。 3.3.1步进大头针电动机的工作原理，(1)步进大头针电动机的结构：由一句话构成内转子和定子。 定子：定子上有绕组，教材上这个电动机有三相电机，三对磁极。 其实步进电动机不仅有三相，还有四相、五相等。 三对磁极分别为a、b、c，通过开关交替通电。 转子：上面有牙齿。 为了说明问题，这里只画了四颗牙。 (其实一般有几十齿) (2)工作原理：对于三相步进电动机的a、b、c三个开关，各自的开关闭合时，产生脉冲。 现在，一起来看看动作过程吧。 初始状态时，开关a接通后，a相磁极和转子的0、2号齿对齐的同时，转子的1、3号齿和b、c相磁极变为齿错位状态。 这相当于初始化。 开关a断开、b接通时，在b相绕组和转子的1、3号齿之间的磁力线的作用下，产生使转子的1、3号齿和b相磁极对齐的转矩，转子的0、2号齿和a、c相绕组磁极成为交错状态。 开关b断开，c接通，通过c相绕组和转子0、2号之间的磁力